3D визуализация технологических процессов

Автор: Сергей Кольцов, Анна Корецкая

Создание трехмерных моделей оказывается наиболее эффектным и, в конечном итоге, экономичным способом наглядного иллюстрирования машин, механизмов и всего процесса в целом. Оно позволяет избежать чрезмерных финансовых затрат, сэкономить массу человеко-часов и тем самым способствовать повышению экономической эффективности технологического процесса при его реализации.

Почему это так? Ответ очевиден – возможности 3D-графики на порядок превосходят таковые у двухмерных изображений – схем, чертежей и рисунков, используемых для графического отображения технологического процесса.

Очевидно и наглядно

Для сравнения обратимся к монохромным (черно-белым) схемам и чертежам. Практически никогда они не дадут такой наглядности, как реалистичная и многокрасочная 3D-графика. Кроме того, современные программы и системы 3D-моделирования при необходимости могут создавать объекты и описания процессов со степенью реалистичности, близкой к фотографической. Правда, в нашем случае последнее бывает нужно достаточно редко, так как при иллюстрировании именно технологических процес-сов задача дизайна сугубо практична: не удивить зрителя красотой картинки, а облегчить понимание технологического процесса. Максимально детальная проработка, вплоть до полной реалистичности, обычно не является целесообразной. 

Время - деньги

При большом количестве иллюстраций – например, при создании схемы уже существующего в реальности производственного процесса, такого, как прокатка металла – могут потребоваться сотни и даже тысячи иллюстраций (см. рисунок). И в этом случае создание иллюстрирующих картинок в трехмерном изображении происходит на порядок быстрее двухмерной прорисовки. За счет чего?

Во-первых, все оптические характеристики поверхности материала – цвет, отражающая и преломляющая способности, гладкость, цвет и характер распределения (форма) блика, текстура и другие – для конкретной поверхности создаются с какой угодно тщательностью. Иногда относительно долго, но – всего один раз. И после того, как материал создан, его можно применять к любому количеству каких угодно форм, а делается это практически моментально, как по трафарету.

Во-вторых, однажды созданный объект (а также и процесс) можно «покрутить» в 3D вкруг своей оси, расположить удобнее для просмотра, сделать «наезд» на какую-либо деталь/часть/отсек и рассмотреть ее с необходимого угла зрения.

Кроме того, при желании можно посмотреть любой разрез, цветом показать какое-либо из невидимых измерений (например, толщину), что, естественно, упрощает и убыстряет процесс создания большого (и не очень) количества иллюстраций.

Благодаря названному преимуществу 3D-визуализация успешно применяется предприятиями, в том числе, в целях сокращения расходов на проект за счёт экономии производственных ресурсов.

Пример: корпорация Whisker R&D Co обратилась к специалистам on3D.ru за созданием трехмерного анимационного ролика, иллюстрирующего процесс работы сложного устройства TopScan. Проектируемый механизм «ноу-хау» предназначается для сканирования поверхности кремниевых пластин, используемых при создании компьютерных процессоров.

Интересно, что в процессе работы над роликом были выявлены несоответствия некоторых частей механизма. Это оказалось новостью даже для самих разработчиков устройства. В результате непосредственно в конструкцию устройства был внесен ряд совершенствующих изменений.

Таким образом, конструкторы получают возможность не только демонстрировать свои достижения стороннему наблюдателю, но и оптимизировать разрабатываемые процессы и устройства, опираясь на их виртуальные макеты.

…ошибаться не свойственно

Поскольку 3D-моделирование потенциально дает более точные схемы, чем рисование, в «трехмерке», как говорилось выше, можно выяснить, к примеру, нестыковку каких-либо деталей, выявить другие ошибки.

При этом исправить ошибку в 3D-модели (внести необходимые изменения и дополнения) несравнимо проще. Если вам придется вносить изменения в конструкцию одной детали при помощи обычного рисования, это вполне может привести вас к исправлению и перечерчиванию огромного числа схем. Как известно, в 2D дизайнерам приходится прорисовывать элементы поверхности заново для каждой новой картинки, тщательно распределяя блики и тени, чтобы показать форму. При этом приходится следить за соответствием рисуемой иллюстрации общему стилю всей серии.

А теперь представьте такую ситуацию — в машине, про которую вы уже нарисовали 67 картинок, изменилась всего одна, но важная клиенту деталь, скажем, ручки были хромированные, а стали чернеными. Все ручки в 67 иллюстрациях (если повезло, то в 43 – в остальных они не попали в кадр), придется перерисовывать, горько сожалея о часах или днях, потраченных на прорисовку бликов и отражений в хромированных деталях.

…и еще раз деньги

Менеджерам и конструкторам предприятий, которые еще не задумались о возможностях применения трехмерной графики в «личных целях», стоит подумать о принятии на вооружение положительного опыта других западных и российский компаний. Исторический пример: система 3D-проектирования самолета «Boeing 777» позволила разработчикам сэкономить 15 процентов средств, затраченных на производство.

Этапы работы

Перед началом создания непосредственно компьютерных моделей необходимо разобрать поэтапно сам технологический процесс, уяснив смысл и назначение каждой его операции. Для этого от специалистов-разработчиков компании-клиента обычно запрашивается соответствующее описание (как правило, в форме чертежей). Но, к примеру, дизайнеры on3d.ru считают, что лучше всего еще и пообщаться лично.

Нужно заметить, что для создания 3D-модели важно то, насколько детально нужно будет показать те или иные элементы. Эти указания, акценты важно заложить в описание процесса еще на предпроектной стадии. Необходимо ли досконально прорисовывать все составные части и структуру, либо в ряде иллюстраций достаточно ограничиться общим, приблизительным изображением? Чем конкретнее поставлена задача, тем более качественной будет ее реализация, поэтому для правильной расстановки акцентов в будущих иллюстрациях важно точно указывать степень детализации каждой операции и части механизма.

В целом же, для создания 3D-иллюстрации требуется лишь схематичное описание с указанием наиболее важных деталей.

Пример: в упоминавшемся проекте ролика TopScan для Whisker R&D Co при иллюстрировании необходимо было сделать упор на ключевую процедуру сканирования кремниевой пластины. Процедура же подачи этих пластин в контексте всего процесса не являлась принципиально важной и акцентируемой, поэтому в конечном варианте пластины просто подлетают «из ниоткуда».

Далее, соответственно всем стадиям технологического процесса производится планирование проекта. Чаще всего это происходит в форме создания своеобразного сценария с раскадровкой – комплектом схематических рисунков, сделанных вручную – так называемого сториборда (story board).

Такая «покадровая» раскладка всех этапов при трехмерной визуализации особенно необходима в случае, если требуется выполнение особо сложных задач. К примеру, масштабная схема сложных промышленных грузоперевозок, происходящих с участием различных видов транспорта, таможен, складов, диспетчеров, систем навигации и др. Здесь понадобится большое количество объектов: автомобили, самолеты, корабли, контейнеры, различные виды тары, изображения систем навигации и управления, склады, погрузчики и т.д.

Все эти элементы нужно уяснить в начале работы над проектом, а никак не в процессе финальной отрисовки в 3D.

Кстати, несмотря на тщательность отработки подготовительной стадии, уже в процессе создания трехмерной модели, возможно, вам придется вернуться к этапу создания эскизов. А все потому, что иногда возникает необходимость переосмысливать некоторые части визуального ряда. К примеру, если где-то слишком углубленно освещается то, что, в принципе, можно показать более простым способом. Или может возникнуть необходимость изменения некоторых ракурсов для того, чтобы яснее показать некоторые части процесса.

3D-макеты на первоначальном, черновом этапе обычно строим по принципу приоритета формы и поверхности над цветовым решением: дизайнер создает изображения, не считаясь с тем, насколько правдоподобны конкретные расцветки. Окончательная цветность дается на этапе финальной пост-обработки, а пока наибольшее внимание уделяется структуре поверхности и форме деталей.

«Инструментарий»

При определении предпочтений относительно конкретных программ работы с 3D-изображениями для выполнения таких проектов, дизайнер, по нашему мнению, должен исходить из двух позиций.

Конечно же, выбирать стоит то программное обеспечение, которое удобнее, ближе и понятнее. Не обращайте внимания на советы выбрать тот или иной программный продукт, потому что он «круче» и, якобы, все это знают. «Большие» программные пакеты, такие как 3Ds Max, Maya, LightWave «умеют» всё. Поэтому в этом аспекте выбор – вопрос Вашего личного удобства, комфорта при работе. Споры о том, «кто круче», ведутся уже многие годы, этому вопросу посвящены многие мегабайты интернет-форумов. Мы убеждены, что подобные споры сродни вопросу «кто кого переборет, если слон с китом бороться станут».

С другой стороны, выбранный для освоения программный продукт (если вы не являетесь узким специалистом, которому необходим строго определенный набор возможностей) должен иметь статус «промышленного стандарта». То есть этим 3D редактором должно пользоваться большинство в вашей области деятельности, а те, кто не пользуются, должны иметь возможность работать с вашими моделями, свободно импортировать-экспортировать модели или их части с минимальной ручной доработкой.

Необходимо помнить, что сложные проекты (к примеру, в области промышленного дизайна) требуют решения особо масштабных задач и больших «мощностей». Кроме того, очевидно, что оригинальные, редко встречающиеся и используемые программы сильно ограничат «коммуникативные» возможности.

Формы реализации проектов

Чаще всего наиболее простым и эффективным решением является вариант, когда некоторые (основные) иллюстрации формируются в красочный, привлекающий внимание буклет или брошюру – для первичной демонстрации аудитории (клиентам, партнерам компании). В качестве же дополнения – если возникает необходимость в полной и (или) детальной демонстрации процесса, либо для «внутренних», собственных нужд заказчика – может использоваться анимационный 3D-ролик.

Впервые опубликовано в журнале "Компьюарт" №4'2008

визуализация
Разделы:
Рубрики:
Популярное: