Các dạng mô hình hóa 3D

Khi tạo bản mô hình hóa 3D, có thể là để sản xuất hay chỉ để tạo hoạt ảnh và kết xuất, bạn sẽ cần tạo tệp 3D, chẳng hạn như STL. Các tệp này về cơ bản là danh sách lớn các điểm tọa độ xác định một hình dạng. Tuy nhiên, con người sẽ rất khó thiết kế thứ gì đó ở dạng 3D chỉ bằng cách khai báo tọa độ.

Với mục đích đó, phần mềm CAD đã được phát minh. Các chương trình này cho phép các nhà thiết kế tạo ra các kích thước và thiết kế nhất quán bằng giao diện trực quan. Chương trình xử lý tất cả các tính toán và tạo tệp với tất cả các tọa độ, vì vậy người thiết kế chỉ phải lo lắng về hình dạng và kích thước.

Nhưng không phải tất cả các chương trình CAD đều được tạo ra như nhau. Điều đó không có nghĩa là một số tốt hơn những cái khác (mặc dù điều đó cũng đúng), mà là một số tiếp cận mô hình hóa theo những cách khác.

Do đó, trong bài viết này, iRender xin giới thiệu đến bạn một số dạng mô hình hóa 3D phổ biến. Hãy cùng bắt đầu tìm hiểu nhé!

Trong CAD, có ba cách tạo mô hình 3D chính –  tạo mô hình rắn, tạo mô hình khung dây và mô hình hóa bề mặt – và mỗi dạng đều có ưu và nhược điểm riêng. Tất nhiên, có những loại khác, nhưng hầu hết tồn tại dưới dạng một tập hợp con của ba loại này hoặc được chuyên môn hóa cao cho các mục đích cụ thể của chúng.

Tạo mô hình rắn hoạt động với các hình dạng ba chiều. Các hình dạng có thể khác nhau, nhưng chúng hoạt động cùng nhau giống như các khối xây dựng. Một số trong số các khối này thêm vật liệu trong khi những khối khác trừ đi, tùy thuộc vào đầu vào. Một số chương trình có thể sử dụng công cụ sửa đổi, làm việc với chất rắn như thể bạn đang xay xát vật lý trong xưởng. Mô hình rắn khá đơn giản cho cả người dùng và sức mạnh máy tính.

Tạo mô hình khung dây có thể hữu ích trong các trường hợp bề mặt phức tạp và cong. Cuối cùng, bạn sẽ thấy rằng các khối xây dựng cơ bản của mô hình rắn quá hạn chế đối với một số ứng dụng và mô hình khung dây cung cấp sự khéo léo cho các dạng phức tạp hơn. Tuy nhiên, khi độ phức tạp tăng lên, một số nhược điểm xuất hiện.

Mô hình hóa bề mặt là bước tiếp theo về độ phức tạp. Các ứng dụng chuyên nghiệp cao đòi hỏi bề mặt nhẵn và tích hợp liền mạch, và điều này có thể được xử lý bởi các chương trình nâng cao hơn đòi hỏi nhiều công việc và sức mạnh tính toán hơn. Tuy nhiên, ở đây bạn có thể đạt được những hình dạng gần như không thể đạt được với hai phương pháp còn lại.

Chúng ta hãy xem xét kỹ hơn từng phương pháp này, cùng với những ưu và nhược điểm riêng của chúng.

Tạo mô hình rắn liên quan đến việc làm việc với các hình dạng nguyên thủy, chẳng hạn như hình cầu, hình lập phương và hình lăng trụ n mặt. Tuy nhiên, các chương trình khác nhau có thể sử dụng các thủ tục khác nhau. Một số bắt đầu với các bản phác thảo hai chiều sau đó được ép đùn để tạo ra một hình ba chiều. Những người khác thêm solid over solid để tạo ra các hình phức tạp hơn. Nhưng kết quả cuối cùng là như nhau.

Loại mô hình này đặc biệt hữu ích khi có liên quan đến các bề mặt phẳng hoặc các đường cong đơn giản có bán kính không đổi. Nó cũng thể hiện khá tốt các kích thước và góc độ chính xác. Hãy nghĩ về các yếu tố cơ học, máy móc và các đại diện cơ bản của những thứ tự nhiên.

Một số phần mềm đáng chú ý sử dụng mô hình rắn bao gồm Tinkercad và FreeCAD ở cấp độ đầu vào và cho các công việc nâng cao hơn, SketchUp, SolidWorks và Fusion 360.

Ưu điểm:

+ Các công cụ dễ hiểu và dễ làm việc; người dùng không yêu cầu đào tạo chuyên sâu.

+ Yêu cầu tính toán thấp hơn vì máy tính không hoạt động với hàng nghìn hình tam giác.

+ Các mảnh ghép cuối cùng luôn chính xác về mặt toán học theo nghĩa là mô hình có thể thực hiện được trong thế giới thực.

Nhược điểm:

+ Tính hiện thực cao trong việc biểu diễn các hình dạng hữu cơ hầu như không thể đạt được.

Nhìn vào thế giới thực, người ta nhanh chóng nhận ra rằng thực tế bằng cách nào đó không phải là một tích các khối lập phương và hình cầu. Con người, động vật và thực vật có hình dạng phức tạp. Nếu mục đích của bạn là đạt được vẻ đẹp của chủ nghĩa hiện thực, bạn sẽ cần một kỹ thuật khác – một thứ gì đó tiên tiến hơn so với mô hình rắn.

Mô hình khung dây thể hiện các hình dạng như một mạng các đỉnh. Mỗi mặt hình học bao gồm ít nhất ba đỉnh và mỗi đỉnh có thể là một phần của một hoặc nhiều mặt. Kích thước và hình dạng của mọi thứ được sửa đổi bằng cách thay đổi vị trí của mỗi đỉnh.

Nhiều công cụ mô hình khung dây sử dụng hình tam giác làm yếu tố cơ bản của chúng và càng sử dụng nhiều hình tam giác, độ chân thực càng cao. Điều này được biểu thị bằng “số lượng đa giác”, tổng số hình tam giác (hoặc các hình phẳng khác) có trong khung dây của một mô hình.

Trong lịch sử, kỹ thuật này là kỹ thuật đầu tiên được sử dụng để mô hình hóa các hình 3D, sau đó có số lượng đa giác tương đối thấp, khiến các hình có phần hơi khối. Ngày nay, không có gì lạ khi các hình có tới hàng triệu đa giác. Đây có thể không phải là vấn đề khi phần mềm chạy cục bộ, nhưng đối với phần mềm dựa trên web, điều này có thể gây ra độ trễ nghiêm trọng. Trong một số trường hợp, thậm chí còn có giới hạn về số lượng đa giác có thể được sử dụng.

Có nhiều chương trình sử dụng cách tiếp cận này, nhưng một số chương trình chính cho phép thao tác riêng lẻ các đỉnh khung dây là Blender, Maya và Daz 3D.

Ưu điểm:

+ Có thể đạt được các bề mặt và đường cong phức tạp hơn so với mô hình rắn.

Nhược điểm:

+ Người dùng yêu cầu luyện tập nhiều hơn.

+ Độ phân giải cao sẽ yêu cầu hàng triệu đa giác và nhu cầu tính toán sẽ cao hơn.

Kỹ thuật tiên tiến nhất trong ba kỹ thuật này là mô hình hóa bề mặt. Nó dựa vào các đường hướng dẫn để xác định hình dạng và độ cong của một bộ phận. Sau đó, phần mềm sẽ tính toán bề mặt nhẵn kết nối các đường dẫn hướng.

Cách làm việc này mô phỏng theo cách chế tạo máy bay và tàu thuyền: Hãy coi các đường dẫn hướng như các đường sườn bên trong của cấu trúc máy bay, bề mặt là lớp da kim loại.

Ví dụ nói trên là lý do chính xác tại sao quá trình này được tạo ra. Trong các thiết kế khí động học và nhiệt động học, hành vi của dòng chảy xung quanh các hình dạng rắn là điều quan trọng hàng đầu, và hình dạng của hình bóng sẽ xác định xem một phần tử có hiệu quả hay không. Vì sự tích hợp liền mạch của tất cả các yếu tố là cần thiết, nên mô hình hóa bề mặt là cách tốt nhất để tiếp cận những thách thức này.

Việc sử dụng các đường hướng dẫn không phải là lựa chọn duy nhất. Một số chương trình sử dụng điểm điều khiển hoặc mặt phẳng điều khiển, trong đó bề mặt mong muốn theo phương tiếp tuyến của mặt phẳng. Lưu ý rằng, vì cách làm việc này tập trung quá nhiều vào các bề mặt, nó có thể tạo ra các hình ảnh đại diện không thể thực hiện được trong thế giới thực và do đó không thể thực hiện được. Trước khi sản xuất, cần đảm bảo rằng thiết kế có thể thực hiện được về mặt vật lý, hay còn gọi là “đa dạng”.

Không có chương trình nào dành riêng cho kỹ thuật này, đây chỉ là một công cụ khác trong hộp của họ. Tuy nhiên, các nguyên tắc cơ bản của nó rất khác biệt nên nó được coi là một kỹ thuật tạo mô hình độc đáo. Trong nhiều chương trình, công cụ chính thực hiện công việc này được gọi là “Loft”. Một số chương trình có thể xử lý kiểu mô hình này là Catia, FreeCAD, Inventor và SolidWorks.

Ưu điểm:

+ Có thể sản xuất các bề mặt phức tạp. Điều này rất tiện lợi khi sự xuất hiện là quan trọng, chẳng hạn như trong ngành công nghiệp ô tô hoặc nơi có chất lỏng, chẳng hạn như trong máy bay hoặc nhiệt động lực học.

Nhược điểm:

+ Kỹ thuật này phức tạp hơn và yêu cầu các chương trình tiên tiến hơn.

+ Các chương trình nâng cao hơn sẽ yêu cầu nhà thiết kế đào tạo và kinh nghiệm nhiều hơn.

iRender là công ty công nghệ điện toán đám mây (Cloud computing) của Việt Nam cung cấp các dịch vụ kết xuất đồ họa trên nền tảng điện toán đám mây (Cloud Rendering) với nền tảng hệ thống được đầu tư bài bản và mạnh mẽ nhất với 20.000 Cores hỗ trợ song song sức mạnh điện toán của CPUs và GPUs.

iRender có đội ngũ nhân viên nhiệt tình luôn sẵn sàng hỗ trợ bạn 24/7. Bất cứ khi nào bạn gặp sự cố khi sử dụng máy chủ của chúng tôi hoặc thậm chí với phần mềm của bạn, chúng tôi – iRender Support Team luôn sẵn sàng trợ giúp bạn giải quyết vấn đề của mình. Chúng tôi cung cấp hỗ trợ chưa từng có phù hợp với nhu cầu và mục tiêu cụ thể của bạn.

Với tất cả những ưu điểm vượt trội kể trên, chắc hẳn bạn đã tìm được cho mình sự lựa chọn hoàn hảo cho iRender . Chúng tôi tin rằng chất lượng hỗ trợ mà chúng tôi cung cấp cũng quan trọng như công nghệ mà chúng tôi cung cấp. Chúng tôi cung cấp hỗ trợ chưa từng có phù hợp với nhu cầu và mục tiêu cụ thể của bạn. ƯU ĐÃI ĐẶC BIỆT cho tháng 10 này: Tặng  cho tất cả người dùng mới đăng ký. Hãy cùng kiểm tra nào!

iRender – Happy iRender

Nguồn và ảnh: ALL3DP