3 моделирование




3. Моделирование в строительстве

3.1. Основные положения

Практически для любой задачи организации, планирования и управления строительством характерна множественность ее возможных решений, зачастую большая неопределенность и динамичность осуществляемых процессов. В процессе разработки плана работы строительной организации, плана возведения объекта строительства приходится сравнивать между собой огромное количество вариантов и выбирать из них оптимальный в соответствии с выбранным критерием. Критерий — это тот показатель, который является мерилом эффективности плана (пути) достижения цели.

Для предварительного анализа и поиска эффективных форм организации, а также планирования и управления строительством используется моделирование.

Моделирование — это создание модели, сохраняющей существенные свойства оригинала, процесс построения, изучения и применения модели. Моделирование является основным инструментом анализа, оптимизации и синтеза строительных систем. Модель — это упрощенное представление некоторого объекта (системы), процесса, более доступное для изучения, чем сам объект.

Моделирование дает возможность проводить эксперименты, анализировать конечные результаты не на реальной системе, а на ее абстрактной модели и упрощенном представлении-образе, привлекая, как правило, для этой цели ЭВМ. При этом необходимо иметь в виду, что модель является лишь орудием исследования, а не средством получения обязательных решений. Вместе с тем она дает возможность выделить наиболее существенные, характерные черты реальной системы. К модели, как и к любой научной абстракции, относятся слова В.И.Ленина: «Мышление, восходя от конкретного к абстрактному, не отходит.. .от истины, а подходит к ней.. .все научные (правильные, серьезные, невздорные) абстракции отражают природу глубже, важнее, полнее» (В.И.Ленин. Поли.собр.соч. Изд. 5-е, т.29, с. 152).

Современное строительство как системный объект характеризуется высокой степенью сложности, динамичностью, вероятностным характером поведения, большим числом составляющих элементов со сложными функциональными связями и другими особенностями. Для эффективного анализа и управления такими сложными системными объектами необходимо иметь достаточно мощный аппарат моделирования. В настоящее время интенсивно ведутся исследования в области совершенствования моделирования строительства, однако практика пока еще располагает моделями с довольно ограниченными возможностями полного адекватного отображения реальных процессов строительного производства. Разработать универсальную модель и единый метод ее реализации в настоящее время практически невозможно. Одним из путей решения данной проблемы является построение локальных экономико-математических моделей и методов их машинной реализации.

В общем случае модели подразделяются на физические и знаковые. Физические модели, как правило, сохраняют физическую природу оригинала.

Для построения знаковых моделей может использоваться, в принципе, любой язык — естественный, алгоритмический, графический, математический. Наибольшее значение и распространение имеют математические модели в силу универсальности, строгости, точности математического языка. Математическая модель представляет собой совокупность уравнений, неравенств, функционалов, логических условий и других соотношений, отражающих взаимосвязи и взаимозависимости основных характеристик моделируемой системы.

Проблема выбора оптимальных решений имеет, применительно к каждой конкретной задаче, свои специфические особенности, а круг таких задач весьма широк. Тем не менее возможно и полезно выделить некоторые характерные черты и вытекающие из них общие подходы к постановке задач оптимизации и поиску наивыгоднейших решений.

Оптимальные решения в технико-экономических задачах должны отбираться не путем использования интуитивных представлений, а, как правило, на основе строгого расчета. Для этого исходную технико-экономическую задачу необходимо соответствующим образом формализовать, т.е. описать с помощью математических выражений характерные для нее связи, зависимости между параметрами.

Совокупность всех этих математических выражений и составляет, вместе с экономической характеристикой входящих в них величин, экономико-математическую модель задачи (объекта исследования, системы). Таким образом, экономико-математическая модель — это математическое описание экономического процесса (объекта, системы).

Теоретические основы экономико-математических методов были разработаны российскими учеными В.С.Немчиновым, Л.В.Канторовичем, В.В.Новожиловым, Н.П.Бусленко. Им же принадлежит заслуга в разработке методологии экономико-математического моделирования и методов количественного подхода к социально-экономическим процессам.

Корректно составленная и предназначенная для практического использования модель должна удовлетворять двум условиям:

— адекватно отражать наиболее существенные черты анализируемого явления, процесса, системы;

— должна быть разрешима, т.е. в описывающей ее системе условий должны отсутствовать математические, экономические, технологические противоречия и иметься эффективные вычислительные алгоритмы для поиска решений. Так как экономико-математическая модель — это всего лишь постановка экономической задачи на математическом языке, то для ее решения необходимо разработать или подобрать из существующих метод решения (алгоритм).

Экономико-математические модели подразделяются на описательные (не содержащие управляемых переменных) и конструктивные, главным образом, оптимизационные (бывают статистическими и динамическими, открытыми, учитывающими внешние воздействия на моделируемый объект, и закрытыми, содержащими управляемые переменные), а по форме представления аналитическими, графоаналитическими, графическими и т.д. Экономико-математические модели являются основой применения математических методов и электронно-вычислительной техники в экономике.

Экономико-математические методы (термин введен В.С.Немчиновым) представляют собой комплекс экономических и математических дисциплин, таких как:

экономико-статистические методы (экономическая статистика, математическая статистика);

эконометрия — наука, изучающая конкретные количественные взаимосвязи экономических объектов и процессов (с помощью математических и статистических методов и моделей);

— исследование операций (методы принятия оптимальных решений);

экономическая кибернетика — отрасль науки, занимающаяся приложением идей и методов кибернетики к экономическим системам.

Использование экономико-математических методов и ЭВМ в целях оптимального планирования и управления строительным производством требует последовательного выполнения ряда ниже перечисленных работ математического, технического, информационного и экономического поряд­ка, таких как:

— разработка экономико-математических моделей;

— подготовка соответствующих алгоритмов и вычислительных схем;

— программирование для электронных вычислительных машин;

— формирование необходимой информации или исходных данных, требующихся для соответствующих расчетов;

— классификация и кодирование объектов для расчетов на ЭВМ;

— анализ полученных результатов и их использование в практической деятельности.

3 моделирование

Параметры, рассчитанные по данным многомерной модельной выборки

Приведем расчетные данные по матрице преобразований A для 1-го,2-го и 3-го классов.

(4.17)

(4.18)

(4.19)

Графический образ, сгенерированных данных можно проанализировать на трехмерном графике на рис. 4.25 и на трех двухмерных графиках, каких как на рис. 4.26.

Рис. 4.25. Трехмерная диаграмма рассеивания смоделированной многомерной выборки

Из диаграмм рассеивания многомерной выборки следует, что классы, визуально хорошо различимые в пространстве трех признаков. Различия классов проявляются и в проекции выборок на плоскость с осями “Признак 1” – “Признак 3” и в проекции на плоскость с осями “Признак 2” – “Признак 3”. Однако классы достаточно плохо визуально различимы на плоскости в координатах “Признак 1” – “Признак 2” (рис. 4.26).

Рис. 4.26. Проекция диаграммы рассеивания многомерной выборки на плоскость с осями “Признак 1” – “Признак 2”

Что такое 3D моделирование?

Суть и разновидности 3D моделирования

3D моделирование – это метод представления объемных фигур при помощи специальных компьютерных программ – графических 3D редакторов. Самые распространенные из них – AutoCAD, Blender 3D, 3D Architech и Компас-3D.

Вообще, это лишь первая стадия создания 3D-изображения на двухмерной основе. Затем выполняется текстурирование, освещение, анимирование, динамическая симуляция и рендеринг.

Назначение 3D моделирования – создание визуального объема конкретного предмета, которым может быть как существующий в реальности, так и какой-нибудь футуристический объект. На данной стадии выполняется лишь подготовка математической 3D модели основы (виртуальной платформы) и элементов в ней.

Различают 3 основных варианта трехмерного моделирования: каркасное, поверхностное, твердотельное.

Каркасное 3D моделирование

Еще его называют проволочным. Это самый низкокачественный способ моделирования в трехмерном пространстве. Он не дает полноценных данных о гранях создаваемого объекта, иногда не позволяет визуально различать внешнюю и внутреннюю границы предмета.

Моделирование выполняется стандартным методом векторного изображения двухмерных объектов, но на трехмерном изображении. Применяются для этого весьма обычные средства – примитивы: точки, отрезки, дуги.

Таким образом создается каркас моделируемого объекта, при этом нельзя изобразить собственно его объем. Данный способ актуален только при использовании в самом простом моделировании.

Поверхностное 3D моделирование

Другое его название – полигональное. Здесь для создания объема, кроме точек и других примитивов, используются графические плоскости. Другое отличие метода от каркасного моделирования – четкие очертания внутренних и внешних границ создаваемого объекта. Предмет образуется путем касания и пересечения плоскостей. Это позволяет создавать разные поверхности: плоские, вращающиеся, пересекающиеся, сопряженные и др.

Также с помощью поверхностного моделирования можно создавать отверстия и сложные кривые грани.

Твердотельное моделирование

Позволяет создавать наиболее полноценные 3D модели. Плюсы метода: разделение внешней и внутренней границы, автоматическая маскировка скрытых линий, создание 3D разрезов частей модели, возможность применения тоновых инструментов, регулирование освещения, точные весовые параметры предметов.

Сферы применения и преимущества трехмерного моделирования

Метод распространен в дизайне и строительстве, промышленности, рекламе, презентациях и анимации. Применение 3D моделей упрощает архитекторскую, инженерную, дизайнерскую работу. С ее помощью клиент видит, как объект будет выглядеть в объеме. Его можно поворачивать и корректировать.

Важное преимущество трехмерного моделирования в том, что при корректировке 3D объекта автоматически корректируются все двухмерные изображения модели.

Из трехмерного объекта можно выделить двухмерные изображения отдельных его частей. А графические редакторы, созданные для моделирования трехмерных объектов, обычно могут сочетаться с другими программами, для выполнения расчетов и программирования оборудования. Это позволяет создавать более качественные трехмерные модели, и соответственно, повышает качество объектов, которые затем создаются по 3D моделям.

Программы для 3D моделирования

3D моделирование — очень популярное, развивающееся и многозадачное направление в компьютерной индустрии на сегодняшний день. Создание виртуальных моделей чего-либо стало неотъемлемой частью современного производства. Выпуск медиа-продукции, кажется, уже не возможен без использования компьютерной графики и анимации. Конечно же, под разнообразные задачи в этой отрасли предусмотрены и специфические программы.

Выбирая среду для трехмерного моделирования, в первую очередь, следует определить круг задач, для решения которых она подходит. В нашем обзоре мы, также, затронем вопрос сложности изучения программы и затрат времени на адаптацию под нее, так как работа с трехмерным моделированием должна быть рациональной, быстрой и удобной, а результат получался качественным и максимально творческим.

Как выбрать программу для 3D-моделирования: видео-пособие

Перейдем к разбору самых популярных приложений для 3D моделирования.

Autodesk 3ds Max

Самым популярным представителем 3Д-моделлеров остается Autodesk 3ds Max — самое мощное, функциональное и универсальное приложение для трехмерной графики. 3Д Макс — это стандарт, под который выпущено множество дополнительных плагинов, разработано готовых 3Д-моделей, отснято гигабайты авторских курсов и видеоуроков. С этой программы лучше всего начинать учиться компьютерной графике.

Эта система может использоваться во всех отраслях, начиная от архитектуры и дизайна интерьеров и заканчивая созданием мультфильмов и анимированных видеороликов. Autodesk 3ds Max идеален для статичной графики. С помощью него быстро и технологично создаются реалистичные картинки интерьеров, экстерьеров, отдельных предметов. Большинство разрабатываемых 3Д-моделей создаются именно в формате 3ds Max, что подтверждает эталонность продукта и является самым большим его плюсом.

Cinema 4D

Cinema 4D — программа, которая позиционируется как конкурент Autodesk 3ds Max. Синема обладает практически таким же набором функций, но отличается в логике работы и способах выполнения операций. Это может создать неудобства для тех, кто уже привык работать в 3Д Макс и хочет воспользоваться преимуществами Cinema 4D.

По сравнению со своим легендарным конкурентом, Cinema 4D может похвастать более совершенным функционалом в создании видеоанимаций, а также способностью создавать реалистичную графику в режиме реального времени. Уступает же Cinema 4D, в первую очередь, своей меньшей популярностью, из-за чего количество 3Д-моделей под эту программу намного меньше, чем для Autodesk 3ds Max.

Sculptris

Для тех, кто делает свои первые шаги на поприще виртуального скульптора, идеально подойдет несложное и веселое приложение Sculptris. С помощью этого приложения, пользователь сразу погружается в увлекательный процесс лепки скульптуры или персонажа. Воодушивившись интуитивным творением модели и развивая свои навыки, можно перейти на профессиональный уровень работы в более сложных программах. Возможности Скульптрис достаточны, но не полны. Результат работы — создание одиночной модели, которая будет использоваться при работе в других системах.

IClone

IClone — это программа, разработанная специально для создания быстрых и реалистичных анимаций. Благодаря большой и качественной библиотеке примитивов, пользователь может ознакомится с процессом создания анимации и приобрести свои первые навыки в этом виде творчества. Сцены в IClone создаются легко и увлекательно. Хорошо подойдет для первоначальной проработки фильма на этапах эскизирования.

IClone хорошо подходит для изучения и использования в простых или малобюджетных анимациях. Однако его функционал не так широк и универсален, как в Cinema 4D.

ТОП-5 программ для 3D моделирования: видео

AutoCAD

Для целей строительного, инженерного и промышленного проектирования применяется самый популярный чертежный пакет — AutoCAD от компании Autodesk. Эта программа обладает мощнейшим функционалом для двухмерного черчения, а также проектирования трехмерных деталей разной сложности и назначения.

Научившись работать в AutoCAD, пользователь сможет проектировать сложные поверхности, конструкции и прочие изделия материального мира и оформлять к ним рабочие чертежи. На стороне пользователя — русскоязычное меню, справка и система подсказок по всем операциям.

Эту программу не стоит применять для красивых визуализаций, как Autodesk 3ds Max или Cinema 4D. Стихия Автокада — рабочие чертежи и подробная разработка модели, поэтому для эскизных разработок, например, архитектуры и дизайна лучше выбрать более подходящий для этих целей Sketch Up.

Sketch Up

Sketch Up — это интуитивная программа для дизайнеров и архитекторов, которая используется для быстрого создания трехмерных моделей предметов, конструкций, зданий и интерьеров. Благодаря интуитивному процессу работы, пользователь может воплотить свой замысел достаточно точно и графически понятно. Можно сказать, что Sketch Up — самое простое решение, используемое для 3d моделирования дома.

Скетч Ап обладает возможностью создания как реалистичных визуализаций, так и эскизных чертежей, что выгодно отличает его от Autodesk 3ds Max и Cinema 4D. В чем уступает Sketch Up, так это в низкой детализации объектов и не столь большим количеством 3Д-моделей под свой формат.

Программа имеет простой и дружественный интерфейс, она проста в изучении, благодаря чему обретает все больше сторонников.

Sweet Home 3D

Если требуется несложная система для 3D-моделирования квартиры, на эту роль отлично подойдет Sweet Home 3D. Даже неподготовленный пользователь сможет быстро начертить стены квартиры, разместить окна, двери, мебель, нанести текстуры и получить эскизный проект своего жилья.

Sweet Home 3D — решение для тех проектов, в которых не требуется реалистичная визуализация и наличие авторских и индивидуальных 3Д-моделей. Построение модели квартиры основывается на встроенных библиотечных элементах.

Blender

Бесплатная программа Blender является очень мощным и многофункциональным инструментом для работы с трехмерной графикой. Количеством своих функций он практически не уступает большим и дорогим 3ds Max и Cinema 4D. Эта система вполне подойдет как для создания 3Д-моделей, так и для разработки видеороликов и мультфильмов. Несмотря на некоторую нестабильность работы и отсутствие поддержки большого числа форматов 3Д-моделей, Blender может похвастать перед тем же 3ds Max более продвинутым инструментарием создания анимаций.

Блендер может оказаться сложным в изучении, так как имеет сложный интерфейс, непривычную логику работы и нерусифицированное меню. Зато благодаря открытой лицензии он может быт успешно использован в коммерческих целях.

NanoCAD

NanoCAD можно считать очень урезанной и переработанной версией многофункционального AutoCAD. Конечно же, Нанокад не обладает даже близким набором возможностей своего прародителя, но подойдет для решения небольших задач, связанных с двухмерным черчением.

Функции трехмерного моделирования также присутствуют в программе, но они настолько формальны, что рассматривать их как полноценные 3Д-инструменты просто нельзя. Нанокад можно посоветовать тем, кто занимается узкими чертежными задачами или делает первые шаги в освоении чертежной графики, не имея возможности приобрести дорогой лицензионный софт.

Lego Digital Designer

Lego Digital Designer — это игровая среда, с помощью которой можно собрать конструктор Лего на своем компьютере. Это приложение можно лишь условно отнести к системам для 3Д-моделирования. Цели Lego Digital Designer — развитие пространственного мышления и навыков комбинирования форм и в нашем обзоре нет конкурентов для этого чудо-приложения.

Данная программа прекрасно подойдет для детей и подростков, а взрослые могут собрать из кубиков дом или машину своей мечты.

Visicon

Visicon — это очень простая система, используемая для 3d моделирования интерьера. Визикон нельзя назвать конкурентом для более продвинутых 3Д-приложений, зато он поможет справиться неподготовленному пользователю с созданием эскизного проекта интерьера. Его функционал во многом похож со Sweet Home 3D, однако Visicon обладает меньшим количеством возможностей. При этом, скорость создания проекта может оказаться быстрее, благодаря простому интерфейсу.

Paint 3D

Простейшим способом создания несложных объемных объектов и их сочетаний в среде Windows 10 является использование интегрированного в операционную систему редактора Paint 3D. С помощью инструмента можно быстро и легко создавать, а также редактировать модели в трехмерном пространстве.

Приложение прекрасно подойдет пользователям, которые осуществляют первые шаги в изучении 3D-моделирования за счет простоты освоения и встроенной системы подсказок. Более опытные пользователи могут использовать Paint 3D в качестве средства быстрого создания набросков трехмерных объектов для дальнейшего использования в более продвинутых редакторах.

Вот мы и рассмотрели самые популярные решения для 3D моделирования. В качестве итога составим таблицу соответствия этих продуктов поставленным задачам.

Эскизное моделирование интерьера — Visicon, Sweet Home 3D, Sketch Up
Визуализация интерьеров и экстерьеров — Autodesk 3ds Max, Cinema 4D, Blender
Предметное 3D-проектирование — AutoCAD, NanoCAD, Autodesk 3ds Max, Cinema 4D, Blender
Cкульптурирование — Sculptris, Blender, Cinema 4D, Autodesk 3ds Max
Создание анимаций — Blender, Cinema 4D, Autodesk 3ds Max, IClone
Развлекательное моделирование — Lego Digital Designer, Sculptris, Paint3D

Отблагодарите автора, поделитесь статьей в социальных сетях.

3 моделирование

Категория: 3D моделирование

IKEA Home Planner – простой в освоении 3D-проектировщик помещений от компании IKEA. С его помощью можно создавать точные планы комнат с дверями, окнами и прочими элементами, а также с реально существующей мебелью. Программа бесплатна, но уже давно не поддерживается разработчиками.

Проектирование интерьера Sweet Home 3D

Категория: 3D моделирование

В наше время компьютеры играют большую роль в каждой сфере человеческой жизни. Не так давно появилось такое понятие как дизайн интерьера, ландшафтный дизайн и так далее. Соответственно возникли и новые профессии, связанные с этой деятельностью.

Создание трехмерных моделей Netfabb Basic

Категория: 3D моделирование

Netfabb Basic – это программа, с помощью которой можно создавать и редактировать трехмерный-модели формата STL, чтобы затем распечатать их на 3D принтере.

Редактор трехмерных моделей PMX Editor

Категория: 3D моделирование

PMX Editior – программа для создания и редактирования трехмерных цифровых моделей в стиле аниме для последующего их применения в MMD-проектах. Она отличается простотой оформления, лаконичностью интерфейса, большим количеством материала (текстуры, слои) и инструментов. Из минусов – только англоязычная версия, нет встроенного графического редактора.

Редактор трехмерной графики и анимации Blender

Категория: Графические редакторы / 3D моделирование

Blender – это бесплатная программа, которая создаёт трёхмерные изображения. Она является аналогом платной программы того же типа под названием 3ds Max Studio. На Blender можно создать любую 3d модель, от автомобиля и до очаровательной девушки, поэтому эта программа очень полезна для создателей видеоигр, фильмов и презентаций.

Программа визуализации трехмерных моделей КОМПАС-3D Viewer

Категория: 3D моделирование / CAD

Приложение КОМПАС-3D Viewer предоставляет все необходимые инструменты пользователю, которому требуется продемонстрировать чертеж или готовую объемную модель. Программа поддерживает печать открытых документов и их отдельных частей, а также умеет выводить на экран либо принтер сечения или каркас трехмерных структур. Инструментарий утилиты изменятся в зависимости от типа открытого файла, подстраиваясь под его содержимое.

DWG TrueView

Категория: 3D моделирование / CAD

Чтобы просматривать проектные чертежи, созданные в мощных системах автоматизированного проектирования типа AutoCAD, не обойтись без специальной программы DWG TrueView. Данный софт не является «сухим обзорщиком» и предлагает пользователю много дополнительных и полезных опций.

Программа для трехмерного моделирования Art of Illusion

Категория: 3D моделирование

Art of Illusion – достаточно простой пакет для трехмерного моделирования, который поддерживает также рендеринг и анимацию. В нем все реализовано для того, чтобы пользователь как можно скорее освоил функционал. Присутствует система справки и документация, которая помогает в освоении, а также всплывающие подсказки. Интерфейс интуитивно понятен. Достаточно скачать бесплатно Art of Illusion, чтобы получить сочетание богатого функционала и скромного размера самой программы.

Трехмерный редактор Wings 3D

Категория: Графические редакторы / 3D моделирование

Wings 3D – трехмерный редактор. Из-за его свободного распространения каждый может скачать бесплатно Wings 3D. Программа может и не подойти профессионалам, но она отлично подходит для создания низко- и среднеполигональных объектов. Также есть возможность текстурировать их, а вот анимирование не поддерживается. При необходимости модели можно экспортировать в сторонние программы для рендеринга. Программа поддерживает расширения.

LEGO Digital Designer

Категория: 3D моделирование

LEGO Digital Designer – программа, которая идеально подойдет для тех, кто не наигрался в LEGO. Она позволяет создавать 3D-объекты из виртуальных деталек LEGO. Это дает возможность не только поиграть с конструктором на компьютере, но и создать макеты для воплощения их в настоящем конструкторе LEGO.