Xem mẫu
- BÀI 4
LÝ THUYẾT CƠ BẢN VỀ ẢNH 3D
Mã bài: MĐ 24-04
Giới thiệu:
Đồ họa máy tính 3D hay Đồ họa máy tính ba chiều, là đồ họa sử dụng một
không gian ba chiều của dữ liệu hình học để lưu trữ trong máy tính cho các mục
đích thực hiện tính toán và vẽ hình ảnh 2D. Hình ảnh như vậy có thể được lưu trữ để
xem sau hoặc hiển thị trong thời gian thực
Mục tiêu:
- Năm được các khái niệm cơ bản:
- Xây dựng được cách thiết kế
- Thiết kế được các hình ảnh 3D
- Hiểu được các kỹ thuật xây dựng hình ảnh..
Nội dung chính:
1. Định nghĩa:
Đồ họa 3 chiều trong đồ họa máy tính là kĩ thuật đồ họa sử dụng các dữ liệu
hình học có tọa độ 3 chiều rồi thực hiện tính toán để kết xuất hình ảnh 2 chiều. Các
hình ảnh đó có thể được lưu trữ hoặc hiển thị theo thời gian thực. Đồ họa máy tính
3D dựa trên nhiều thuật toán giống như máy tính 2D đồ họa vector trong mô hình
khung dây và máy tính 2D đồ họa raster trong màn hình hiển thị cuối cùng. Đồ họa
máy tính 3D thường được gọi là mô hình 3D. Ngoài đồ họa được hiển thị, mô hình
được chứa trong tệp dữ liệu đồ họa. Tuy nhiên, có sự khác biệt: mô hình 3D là biểu
diễn toán học của bất kỳ đối tượng ba chiều nào. Một mô hình không phải là một đồ
họa kỹ thuật cho đến khi nó được hiển thị. Một mô hình có thể được hiển thị trực
quan dưới dạng hình ảnh hai chiều thông qua một quá trình được gọi là dựng hình
3D hoặc được sử dụng trong các phép tính và tính toán mô phỏng máy tính phi đồ
họa. Với in 3D, các mô hình 3D tương tự được hiển thị thành mô hình vật lý 3D của
mô hình, với những giới hạn về độ chính xác của kết xuất có thể phù hợp với mô
hình ảo.
2. Mô hình hoá ảnh 3D:
Các mô hình ba chiều (3D) thể hiện một cơ thể vật lý bằng cách sử dụng tập
hợp các điểm trong không gian 3D, được kết nối bởi các thực thể hình học khác
nhau như hình tam giác, đường thẳng, bề mặt cong, v.v. Là tập hợp dữ liệu (điểm và
thông tin khác), mô hình 3D có thể được tạo bằng tay, bằng thuật toán (mô hình hóa
thủ tục) hoặc quét. Bề mặt của chúng có thể được xác định thêm với ánh xạ kết cấu.
Mô hình 3D được sử dụng rộng rãi ở mọi nơi trong Đồ họa 3D và CAD.
Việc sử dụng chúng có trước việc sử dụng rộng rãi đồ họa 3D trên máy tính cá
nhân. Nhiều trò chơi máy tính đã sử dụng hình ảnh được kết xuất sẵn của các mô
hình 3D như họa tiết trước khi máy tính có thể kết xuất chúng trong thời gian
thực. Sau đó, người thiết kế có thể nhìn thấy mô hình theo nhiều hướng và góc nhìn
khác nhau, điều này có thể giúp người thiết kế xem liệu đối tượng được tạo ra như
dự định so với tầm nhìn ban đầu của họ. Xem thiết kế theo cách này có thể giúp nhà
thiết kế / công ty tìm ra những thay đổi hoặc cải tiến cần thiết cho sản phẩm
- Ngày nay, các mô hình 3D được sử dụng trong nhiều lĩnh vực. Ngành y tế sử
dụng các mô hình chi tiết của các cơ quan; chúng có thể được tạo bằng nhiều lát ảnh
2 chiều từ quét MRI hoặc CT. Ngành công nghiệp điện ảnh sử dụng chúng làm
nhân vật và đối tượng cho các hình ảnh chuyển động sống động và chân thực.
Ngành công nghiệp trò chơi video sử dụng chúng làm tài sản cho máy tính và trò
chơi video. Ngành khoa học sử dụng chúng như các mô hình chi tiết cao của các
hợp chất hóa học.[3] Ngành kiến trúc sử dụng chúng để trình diễn các tòa nhà và
cảnh quan được đề xuất thay cho các mô hình kiến trúc vật lý truyền thống. Cộng
đồng kỹ thuật sử dụng chúng như thiết kế của các thiết bị, phương tiện và cấu trúc
mới cũng như một loạt các ứng dụng khác. Trong những thập kỷ gần đây, cộng
đồng khoa học trái đất đã bắt đầu xây dựng các mô hình địa chất 3D như một thông
lệ tiêu chuẩn. Mô hình 3D cũng có thể là cơ sở cho các thiết bị vật lý được xây dựng
bằng máy in 3D hoặc máy CNC.
Đại diện
Một kết xuất hiện đại của mô hình ấm trà Utah mang tính biểu tượng được phát triển
bởi Martin Newell (1975). Ấm trà Utah là một trong những mô hình phổ biến nhất
được sử dụng trong giáo dục đồ họa 3D.
Hầu như tất cả các mô hình 3D có thể được chia thành hai loại.
Khối rắn - Những mô hình này xác định âm lượng của đối tượng mà chúng đại
diện (giống như một tảng đá). Mô hình rắn chủ yếu được sử dụng cho mô phỏng
kỹ thuật và y tế, và thường được xây dựng với hình học rắn xây dựng
Vỏ/ ranh giới - những mô hình này đại diện cho bề mặt, ví dụ như ranh giới của
đối tượng, không phải khối lượng của nó (giống như vỏ trứng mỏng vô cùng).
Hầu như tất cả các mô hình hình ảnh được sử dụng trong các trò chơi và phim
ảnh đều là mô hình vỏ.
Mô hình rắn và vỏ có thể tạo ra các đối tượng giống hệt nhau về chức năng.
Sự khác biệt giữa chúng chủ yếu là các biến thể trong cách chúng được tạo và chỉnh
sửa và các quy ước sử dụng trong các lĩnh vực khác nhau và sự khác biệt về các loại
xấp xỉ giữa mô hình và thực tế.
Các mô hình vỏ phải được đa tạp (không có lỗ hoặc vết nứt trên vỏ) để có ý
nghĩa như một vật thể thực sự. Các lưới đa giác (và ở mức độ thấp hơn các bề mặt
phân chia) cho đến nay là đại diện phổ biến nhất. Tập cấp độ là một đại diện hữu ích
cho các bề mặt biến dạng trải qua nhiều thay đổi tôpô như chất lưu.
Quá trình biến đổi các biểu diễn của các đối tượng, chẳng hạn như tọa độ
điểm giữa của một hình cầu và một điểm trên chu vi của nó thành một biểu diễn đa
- giác của một hình cầu, được gọi là tessname. Bước này được sử dụng trong kết xuất
dựa trên đa giác, trong đó các đối tượng được chia nhỏ từ các biểu diễn trừu tượng
(" nguyên thủy ") như hình cầu, hình nón, v.v., đến cái gọi là lưới, là lưới của các
hình tam giác được liên kết với nhau. Các lưới của các hình tam giác (thay vì ví dụ
như hình vuông) rất phổ biến vì chúng đã được chứng minh là dễ rasterise (bề mặt
được mô tả bởi mỗi hình tam giác là mặt phẳng, vì vậy hình chiếu luôn luôn
lồi);.[4] Biểu diễn đa giác không được sử dụng trong tất cả các kỹ thuật kết xuất và
trong các trường hợp này, bước tessname không được bao gồm trong quá trình
chuyển từ biểu diễn trừu tượng sang cảnh hiển thị.
Quy trình mô hình hóa
Có ba cách phổ biến để thể hiện một mô hình:
Mô hình hóa đa giác - Các điểm trong không gian 3D, được gọi là các đỉnh,
được kết nối bởi các đoạn đường để tạo thành một lưới đa giác. Phần lớn các mô
hình 3D ngày nay được xây dựng dưới dạng mô hình đa giác có kết cấu, bởi vì
chúng linh hoạt và vì máy tính có thể hiển thị chúng rất nhanh. Tuy nhiên, đa
giác là mặt phẳng và chỉ có thể xấp xỉ các bề mặt cong bằng nhiều đa giác.
Mô hình đường cong - Bề mặt được xác định bởi các đường cong, bị ảnh hưởng
bởi các điểm kiểm soát có trọng số. Đường cong theo sau (nhưng không nhất
thiết phải nội suy) các điểm. Tăng trọng lượng cho một điểm sẽ kéo đường cong
lại gần điểm đó. Các loại đường cong bao gồm B-spline hợp lý không đồng
nhất (NURBS), spline, miếng vá và nguyên thủy hình học
Điêu khắc kỹ thuật số - Vẫn là một phương pháp mô hình khá mới, điêu khắc 3D
đã trở nên rất phổ biến trong vài năm qua. Hiện tại có ba loại điêu khắc kỹ thuật
số: Dịch chuyển, được sử dụng rộng rãi nhất trong số các ứng dụng tại thời điểm
này, sử dụng mô hình dày đặc (thường được tạo bởi các bề mặt phân chia của
lưới điều khiển đa giác) và lưu trữ vị trí mới cho đỉnh vị trí thông qua việc sử
dụng bản đồ hình ảnh lưu trữ các vị trí được điều chỉnh. Thể tích, dựa trên
voxels lỏng lẻo, có khả năng tương tự như sự dịch chuyển nhưng không bị kéo
dài đa giác khi không có đủ đa giác trong một vùng để đạt được biến dạng. Tính
năng động tương tự như voxel nhưng phân chia bề mặt bằng cách sử dụng tam
giác để duy trì bề mặt mịn và cho phép các chi tiết mịn hơn. Các phương pháp
này cho phép khám phá rất nghệ thuật vì mô hình sẽ có một cấu trúc liên kết mới
được tạo ra trên nó một khi mô hình hình thành và có thể các chi tiết đã được
điêu khắc. Lưới mới thường sẽ có thông tin lưới có độ phân giải cao ban đầu
được truyền vào dữ liệu dịch chuyển hoặc dữ liệu bản đồ thông thường nếu dành
cho công cụ trò chơi.
- Một con cá tưởng tượng 3D bao gồm các bề mặt hữu cơ được tạo ra bằng
LAI4D.
Giai đoạn mô hình hóa bao gồm tạo hình các đối tượng riêng lẻ mà sau này được sử
dụng trong cảnh. Có một số kỹ thuật mô hình hóa, bao gồm:
Xây dựng hình học rắn
Bề mặt tiềm ẩn
Bề mặt phân khu
Mô hình có thể được thực hiện bằng phương tiện của một chương trình chuyên
dụng (ví dụ, Cinema 4D, Maya, 3ds Max, Blender, LightWave, Modo) hoặc một
thành phần ứng dụng (Shaper, Lofter trong 3ds Max) hoặc một số ngôn ngữ mô tả
cảnh (như trong POV-Ray). Trong một số trường hợp, không có sự phân biệt
nghiêm ngặt giữa các giai đoạn này; trong những trường hợp như vậy, mô hình hóa
chỉ là một phần của quá trình tạo cảnh (ví dụ, đây là trường hợp với Caligari
trueSpace và Realsoft 3D).
Các vật liệu phức tạp như thổi cát, mây và phun chất lỏng được mô hình hóa bằng
hệ thống hạt và là một khối tọa độ 3D có các điểm, đa giác, biểu tượng kết cấu
hoặc họa tiết được gán cho chúng.
Mẫu người
Ứng dụng thương mại đầu tiên có sẵn rộng rãi cho các mô hình ảo của con người
xuất hiện vào năm 1998 trên trang web của Lands 'End. Các mô hình ảo của con
người được tạo bởi công ty My Virtual Mode Inc. và cho phép người dùng tạo một
mô hình của chính họ và thử quần áo 3D.[5] Có một số chương trình hiện đại cho
phép tạo ra các mô hình con người ảo (Poser là một ví dụ).
Quần áo 3D
- Mô hình quần áo 3D năng động được thực hiện trong Marvelous Designer
Sự phát triển của các phần mềm mô phỏng vải như Marvelous Designer, CLO3D và
Optitex, đã cho phép các nghệ sĩ và nhà thiết kế thời trang mô hình hóa quần áo 3D
năng động trên máy tính.[6] Quần áo 3D động được sử dụng cho các danh mục thời
trang ảo, cũng như mặc quần áo nhân vật 3D cho các trò chơi video, phim hoạt hình
3D, để nhân đôi kỹ thuật số trong phim [7] cũng như làm quần áo cho avatar trong
thế giới ảo như SecondLife.
So với phương pháp 2D
nhỏ|250x250px| Kết cấu hoàn chỉnh và có hiệu ứng quang học của mô hình
3D. Hiệu ứng quang học 3D thường đạt được mà không cần mô hình khung dây và
đôi khi không thể phân biệt được ở dạng cuối cùng. Một số phần mềm nghệ thuật đồ
họa bao gồm các bộ lọc có thể được áp dụng cho đồ họa vector 2D hoặc đồ họa
raster 2D trên các lớp trong suốt.
Ưu điểm của mô hình 3D khung dây so với các phương pháp 2D độc quyền bao
gồm:
Tính linh hoạt, khả năng thay đổi góc hoặc hình ảnh động với kết xuất nhanh
hơn các thay đổi;
Dễ dàng kết xuất, tính toán tự động và hiển thị các hiệu ứng quang học thay vì
trực quan hóa hoặc ước tính;
Quang học chính xác, ít có khả năng lỗi của con người trong việc đặt sai vị trí,
làm quá mức hoặc quên bao gồm một hiệu ứng hình ảnh.
Nhược điểm so với kết xuất đồ quang học 2D có thể bao gồm đường cong học tập
phần mềm và khó đạt được các hiệu ứng quang học nhất định. Một số hiệu ứng
quang học có thể đạt được với các bộ lọc kết xuất đặc biệt có trong phần mềm mô
hình 3D. Để tốt nhất cho cả hai thế giới, một số nghệ sĩ sử dụng kết hợp mô hình
3D, sau đó chỉnh sửa hình ảnh kết xuất bằng máy tính 2D từ mô hình 3D.
Thị trường mô hình 3D
Một thị trường rộng lớn cho các mô hình 3D (cũng như nội dung liên quan đến 3D,
chẳng hạn như kết cấu, tập lệnh, v.v.) vẫn tồn tại - cho các mô hình riêng lẻ hoặc các
bộ sưu tập lớn. Một số thị trường trực tuyến cho nội dung 3D cho phép các nghệ sĩ
riêng lẻ bán nội dung mà họ đã tạo, bao gồm TurboSquid, CGStudio,
CreativeMarket Sketchfab, CGTrader và Cults. Thông thường, mục tiêu của các
nghệ sĩ là lấy thêm giá trị từ tài sản mà họ đã tạo trước đây cho các dự án. Bằng cách
đó, các nghệ sĩ có thể kiếm được nhiều tiền hơn từ nội dung cũ của họ và các công
ty có thể tiết kiệm tiền bằng cách mua các mô hình được tạo sẵn thay vì trả tiền cho
một nhân viên để tạo ra từ đầu. Những thị trường này thường phân chia việc bán
hàng giữa họ và nghệ sĩ tạo ra tài sản, các nghệ sĩ nhận được 40% đến 95% doanh số
theo thị trường. Trong hầu hết các trường hợp, nghệ sĩ vẫn giữ quyền sở hữu mô
hình 3d; khách hàng chỉ mua quyền sử dụng và trình bày mô hình. Một số nghệ sĩ
- bán sản phẩm của họ trực tiếp trong các cửa hàng riêng của họ cung cấp sản phẩm
của họ với giá thấp hơn bằng cách không sử dụng trung gian.
Trong vài năm qua, nhiều thị trường chuyên về các mô hình in 3D đã xuất hiện. Một
số thị trường in 3D là sự kết hợp của các trang web chia sẻ mô hình, có hoặc không
có khả năng e-com tích hợp. Một số những nền tảng cũng cung cấp dịch vụ in ấn 3D
theo yêu cầu, phần mềm cho mô hình vẽ và xem năng động của các mặt hàng, vv tập
tin in ấn các nền tảng chia sẻ 3D bao gồm Shapeways,
Sketchfab, Pinshape, Thingiverse, TurboSquid,
CGTrader, Threeding, MyMiniFactory, và GrabCAD.
In 3d
In 3D là một dạng công nghệ sản xuất bồi đắp, trong đó một vật thể ba chiều
được tạo ra bằng cách đặt xuống hoặc xây dựng từ các lớp vật liệu kế tiếp nhau.
In 3D là một cách tuyệt vời để tạo các đối tượng bởi vì bạn có thể tạo các đối
tượng mà bạn không thể tạo ra nếu không có các khuôn đắt tiền phức tạp được tạo
hoặc bằng cách tạo các đối tượng với nhiều phần. Một phần được in 3D có thể được
chỉnh sửa bằng cách chỉnh sửa mô hình 3D. Điều đó tránh phải làm bất kỳ công cụ
bổ sung nào có thể tiết kiệm thời gian và tiền bạc. In 3D là tuyệt vời để thử nghiệm
một ý tưởng mà không phải trải qua quá trình sản xuất, điều này thật tuyệt vời để có
được một hình thức vật lý của ý tưởng cá nhân / công ty [8]
Trong những năm gần đây, đã có sự gia tăng số lượng các công ty cung cấp
các mô hình in 3D được cá nhân hóa của các đối tượng đã được quét, thiết kế bằng
phần mềm CAD và sau đó được in theo yêu cầu của khách hàng. Như đã đề cập
trước đây, các mô hình 3D có thể được mua từ các chợ trực tuyến và được in bởi các
cá nhân hoặc công ty sử dụng máy in 3D có bán trên thị trường, cho phép sản xuất
tại nhà các vật thể như phụ tùng thay thế,[9] mô hình toán học,[10] và thậm chí cả
thiết bị y tế.[11]
Công dụng
- Các bước tái tạo khuôn mặt pháp y của một xác ướp được thực hiện
trong Blender của nhà thiết kế 3D người Brazil Cícero Moraes.
Mô hình 3D được sử dụng trong các ngành công nghiệp khác nhau như phim
ảnh, hoạt hình và chơi game, thiết kế nội thất và kiến trúc. Chúng cũng được sử
dụng trong ngành y tế cho các đại diện tương tác của giải phẫu. Một số lượng lớn
phần mềm 3D cũng được sử dụng để xây dựng biểu diễn kỹ thuật số cho các mô
hình hoặc bộ phận cơ khí trước khi chúng thực sự được sản xuất. Phần mềm liên
quan đến CAD / CAM được sử dụng trong các lĩnh vực như vậy và với các phần
mềm này, bạn không chỉ có thể xây dựng các bộ phận mà còn lắp ráp chúng và quan
sát chức năng của chúng.
Mô hình 3D cũng được sử dụng trong lĩnh vực Thiết kế công nghiệp, trong
đó các sản phẩm được mô hình 3D trước khi đại diện cho khách hàng. Trong ngành
Truyền thông và Sự kiện, mô hình 3D được sử dụng trong Thiết kế Giai đoạn /
Thiết lập.Các OWL 2 bản dịch của từ vựng của X3D có thể được sử dụng để cung
cấp giới thiệu ngữ nghĩa cho các mô hình 3D, đó là thích hợp cho việc lập chỉ mục
và tìm kiếm các mô hình 3D bằng các tính năng như hình học, kích thước, vật liệu,
kết cấu, phản xạ khuếch tán, phổ truyền, tính minh bạch, độ phản chiếu, màu trắng
đục, men, vecni và men (trái ngược với mô tả văn bản phi cấu trúc hoặc các bảo
tàng và triển lãm ảo 2.5D bằng Google Street View trên Google Arts &
Culture, chẳng hạn).[12] Đại diện RDF của các mô hình 3D có thể được sử dụng
trong lý luận, cho phép các ứng dụng 3D thông minh, ví dụ, có thể tự động so sánh
hai mô hình 3D theo âm lượng.[13]
Thử nghiệm mô hình rắn 3D
Các mô hình 3D Solid có thể được kiểm tra theo nhiều cách khác nhau tùy
thuộc vào những gì cần thiết bằng cách sử dụng mô phỏng, thiết kế cơ chế và phân
tích. Nếu một động cơ được thiết kế và lắp ráp chính xác (điều này có thể được thực
hiện khác nhau tùy thuộc vào chương trình mô hình 3D nào đang được sử dụng),
bằng cách sử dụng công cụ cơ chế, người dùng sẽ có thể biết liệu động cơ hoặc máy
được lắp ráp chính xác bằng cách vận hành. Thiết kế khác nhau sẽ cần phải được
thử nghiệm theo những cách khác nhau. Ví dụ; một máy bơm bể bơi sẽ cần một mô
phỏng dòng nước chảy qua máy bơm để xem nước chảy qua máy bơm như thế nào.
Các thử nghiệm này xác minh xem một sản phẩm được phát triển chính xác hay nếu
tôi cần sửa đổi để đáp ứng các yêu cầu của nó.
3. Rendering:
3D Render là quá trình sáng tạo đồ họa nhằm chuyển đổi sự bố trí của các
Models trong không gian 3D thành hình ảnh 2D. Sau khi chuyển đổi, nếu hình ảnh
đó mang hiệu ứng nhìn giống vật thể thật thì được gọi là Photorealistic Rendering.
Còn nếu hình ảnh mang hiệu ứng không giống vật thể thật mà giống như hình vẽ 2D
tự do hay hình ảnh của phim hoạt hình thì sẽ được gọi là Non-photorealistic
Rendering.
- Render 3D là gì?
Khi tiến hành 3D Render bạn phải dàn dựng ánh sáng, tạo hình ảnh, dàn dựng cảnh,
do đó bạn cũng có thể xem 3D render là quá trình sáng tạo giống như việc chụp hình
hoặc điện ảnh. Tuy nhiên, Render 3D không hoàn toàn giống với nhiếp ảnh thông
thường bởi trước khi được Render tất cả mọi thứ xuất hiện trong 3D rendering cần
phải tự tạo ra (cũng có thể tái tạo lại). Có nghĩa là các cảnh 3D phải là cảnh hoàn
chỉnh và các nghệ sĩ phải tạo ra khung cảnh này bằng mô hình hóa Animating trước
khi thực hiện Render. Điều này đồng nghĩa với việc các nghệ sĩ phải luôn sáng tạo
trong quá trình thực hiện công việc của mình.
Bạn cũng cần chú ý rằng, những hình ảnh 3D được tạo ra từ đồ họa tạo ra không
giống như phim 3D thường chiếu vì trước khi render chúng được thực hiện thông
qua việc sử dụng mô hình máy tính 3D để đại diện cho cảnh. Tuy nhiên, ta có thể sử
dụng đồ họa 3D trong phim 3D, trên truyền hình, trên mạng Internet… bởi sản
phẩm cuối cùng mà ta sẽ nhận được là hình ảnh 2 chiều xuất hiện liên tục, thường
xuyên.
Để có thể Render ra một hình ảnh đẹp thì quá trình dựng hình sẽ mất một thời gian
khá dài kể cả khi máy tính có cấu hình tốt và tốc độ nhanh.
- Cách Render 3D thông dụng hiện nay
Tùy vào mục đích và nhu cầu mà người sử dụng sẽ lựa chọn và áp dụng cách
Render khác nhau. Dưới đây là 2 cách Render phổ biến, được nhiều người dùng
nhất hiện nay.
Real-time
Real-time thường được sử dụng trong game, mô phỏng… tạo ra chất lượng Render
cao trong một khoảng thời gian ngắn nhất (thông thường 1 giây có thể Render ra 24
hình ảnh). Tuy nhiên quá trình Render cũng phải phù hợp với tốc độ thị giác chung
của người.
Real-time Render thường được sử dụng trong game
Cụ thể, Scene sẽ được tính toán và hiển thị theo thời gian thực. Trong quá trình thực
hiện Real-time sẽ khiến người nhìn cảm nhận sự việc đang diễn ra là có thật và thời
gian luôn phù hợp với sự việc diễn ra.
Non Real-time
Cách Render này được sử dụng trong những hoạt cảnh dành cho phim, video clip.
So với Real-time thì tốc độ render của Non Real-time sẽ chậm hơn rất nhiều.
- Non Real-time được sử dụng trong hoạt cảnh dành cho phim
Non Real-time sẽ áp dụng những kỹ thuật cao cấp, sử dụng những công thức tính
toán phức tạp để tạo ra những hình ảnh chân thực nhất. Với Non Real-time các
Render chỉ bắt đầu hoạt động khi các Layer và các thành phần của một scene trong
một cảnh đó đáp ứng các yêu cầu Render.
4. Xây dựng mô hình ảnh 3D.
Thiết kế 3D là công đoạn tạo dựng mô hình 3 chiều trên phần mềm đồ họa
máy tính. Với mô hình 3D, chúng ta có thể xoay (spin), phóng to/thu nhỏ(Zoom
in/out) để quan sát vật thể ở nhiều góc độ khác nhau một cách trực quan! dữ liệu
thiết kế 3D có thể sử dụng cho ngành sản xuất khuôn ép nhựa, in 3D, mô phỏng,
game, VR-AR….
Các lĩnh vực cần tới dịch vụ thiết kế 3D chuyên nghiệp:
Tạo dáng sản phẩm từ hinh vẽ, ý tưởng, bản phác thảo (sketch)
Dựng 3DCAD từ file 2D Drawing
Sao chép mẫu thiết kế (Reverse design) dựa trên file scan 3D (file quét 3
chiều của đồ vật có sẵn)
Xuất file 3D để gia công CNC/ đúc khuôn mẫu/ in 3D: igs, step, x_t,.. hoặc
tham số: Solidworks parametric, ProE, Creo, Catia…
Quy trình thiết kế – Phát triển sản phẩm
Thông thường, quy trình phát triển một sản phẩm mới cần qua 3 công đoạn chính:
- Lên ý tưởng
Một ý tưởng tốt sẽ giúp bừng sáng các hướng phát triển sản phẩm. Hãy nghĩ về hình
dáng, chất liệu, phương án sản xuất… một cách tổng thể. Càng chi tiết bao nhiêu thì
việc thực thi càng gần với hiện thực!
Thông thường, khách hàng chỉ dừng lại ở mức đưa ra ý tưởng “chức năng” của sản
phẩm. Việc còn lại: kết cấu, hình dáng,… sẽ phụ thuộc rất nhiều vào trình độ của
người thiết kế.
Phác thảo
Việc trao đổi ý tưởng với ngôn ngữ nói quả thực là hơi bất tiện. Cần phải ra một bản
phác thảo để đảm bảo khách hàng và người thiết kế đã có chung suy nghĩ. Đồng
thời, khâu phác thảo còn giúp người thiết kế chỉ ra các điểm bất khả thi khi đưa vào
sản xuất.
Thiết kế 3D
Thông qua phần mềm thiết kế 3D (Blender, Sketchup) và bằng những kỹ năng
chuyên biệt, các kỹ sư/họa sỹ 3D sẽ tái tạo mô hình. Các thao tác này này gần giống
như xây 1 ngôi nhà, nặn đất sét vậy. Làm thế nào để đảm bảo sản phẩm gần với ý
tưởng của khách hàng nhất? Chúng tôi sử dụng dịch vụ lưu trữ xem file 3D trực
tuyến (Sketchfab). Khách hàng có thể xem mô hình 3D một cách trực quan ngay
trên chiếc điện thoại hoặc laptop.
Một ví dụ điển hình của quy trình này, mời bạn xem bên dưới đây:
- Mô hình 3D được dựng trên máy vi tính của kỹ sư thiết kế
File 3D có thể xem trực tiếp trên smartphone/laptop
Bản render hoàn thiện
Một số trường hợp, việc thiết kế bám sát theo file scan 3D (thiết kế ngược). Kỹ
thuật ngược (reverse Engineering) giúp copy hình dáng sản phẩm có sẵn. Từ đấy,
có thể chế tạo mẫu tương tự hoặc chỉnh sửa thêm một số phần nhất định mà vẫn đảm
bảo các phần khác có độ chính xác cao.
- Ra mẫu thử nghiệm
Ở thời đại mà công nghệ tạo mẫu nhanh – in 3D phát triển vượt bậc. Tạo mẫu 3D
(mockup) được mặc định như là 1 phần của quy trình phát triển sản phẩm mới.
Biến ý tưởng thành hiện thực, với máy in 3D desktop
Có rất nhiều phương án tạo mẫu, nhưng in 3D đang tỏ rỏ tính hiệu quả nhất
Thiết kế 3D kỹ thuật và mỹ thuật
Ngành thiết kế đồ họa 3D có 2 mảng chính: Đồ họa mỹ thuật & Đồ họa kỹ thuật. Có
nhiều tiêu chí đánh giá và phân loại, chẳng hạn như: tính khả dụng của gia công sản
xuất, độ chính xác và giải pháp thiết kế, hình dạng hình học đặc trưng…
Trong trường hợp này, chúng tôi lấy tiêu chí đặc trưng hình học và tư duy thiết
kế để phân biệt:
Đồ họa mỹ thuật: Sử dụng các phần mềm chuyên về tạo dáng (3DMax,
Zbrush,..). Chúng hoạt động dựa trên thủ pháp “điêu khắc khối” (sculpture) hoặc
thao tác “nắm kéo” ( manupulate). Dữ liệu xuất ra không chính xác, không dùng
trong sản xuất.
Đồ họa kỹ thuật: Hầu hết các sản phẩm, đồ dùng, xe cộ… mà bạn thấy xung
quanh đều được thực hiện nhờ những phần mềm 3D kỹ thuật. Dữ liệu từ phần mềm
kỹ thuật xuất ra là chính xác “gần như tuyệt đối” và phù hợp với các công nghệ gia
công cơ khí truyền thống như ép khuôn nhựa, gia công CNC,…
5. Kỹ thuật rendering ảnh 3D:
Công đoạn sáng tạo – phác thảo (Idea & Creative)
Để tạo nên một hình ảnh chất lượng trước hết cần có ý tưởng, ý tưởng này bảo đảm
mộtnội dung chặt chẽ có cá tính xuyên suốt quá trình kỹ thuật hóa . Công tác sáng
tạo trong nội thất còn thể hiện phong cách, sự phối hợp màu sắc, định hướng công
năng sử dụng, những nhấn mạnh về công nghệ hay kỹ thuật cao. Công đoạn sáng
tạo – phác thảo là tiền đề quan trọng nhất và là linh hồn của thiết kế. Người làm
công tác phác thảo thường là các Kiến trúc sư, designers có vốn kiến thức mạnh mẽ
về sáng tạo ,am hiểu nghệ thuật và cả kinh nghiệm sống thực tiễn. Ngoài tính định
hướng thì phác thảo cũng giống như một sơ đồ logic cho các công đoạn tiếp theo.
Công đoạn này thường được thực hiện bằng tay : bút vẽ và giấy !
Công đoạn dựng hình (Modelling)
Bắt đầu từ một mặt bằng kỹ thuật được chiết xuất từ Autocad 2D hoặc xây dựng
trực tiếp trên phần mềm 3D, các hình khối căn bản được tạo nên : tường, sàn, trần,
cửa, cầu thang v.v…Để kiểm soát tốt các thành phần này, chúng được chia thành
các nhóm khác nhau ( Groups) và các lớp khác nhau (Layouts). Các vật thể hầu như
- được tạo nên- ban đầu từ các hình khối căn bản của hình học không gian: vuông,
tròn, tam giác, chữ nhật vv… sau đó là các công cụ biến đổi như : cắt, xoay, lật, co
kéo… và các lệnh phát triển như suy luận, lặp lại, tiếp dẫn. Công tác dựng hình là
xương sống của thiết kế, nó thể hiện cấu trúc, sự chính xác về tỷ lệ, khả năng hiện
thực hóa sản phẩm và là cốt lõi vật lý của quá trình rendering. Người làm công tác
dựng hình thường là các họa viên, có khả năng tạo hình tốt, am hiểu về tỷ lệ vật thể
và hơn hết là một chuyên gia kỹ thuật theo mọi nghĩa. Công đoạn này sử dụng các
máy tính cá nhân hiệu năng cao. Một sản phẩm dựng hình tốt có thể chiết xuất thành
các bản vẽ 2D hoặc dành cho sản xuất ngay lập tức mà không cần các bước tiếp
theo. Trong giai đoạn này những phần mềm thuần túy dựng hình như Sketchup hay
Solidwork luôn rất mạnh mẽ và hiệu quả.
Công đoạn sáng tạo Vật liệu ( Texturing):
Thường công đoạn này được trộn lẫn với phần Ánh sáng và rendering nói chung vì
tính chất logic với nhau khi sử dụng phần mềm . Tuy nhiên nếu xét về một dự án cụ
thể thì những vật liệu 3d thực chất cũng chính là vật liệu của không gian nội thất sau
này, mô phỏng một vật liệu chính xác là tiền đề tốt cho công việc sau này. Công tác
dựng hình tạo nên các mô hình vật lý cơ sở thì vật liệu là giai đoạn tái tạo hiện thực,
giai đoạn này cần sự nhạy cảm, khiếu thẩm mỹ và khả năng cập nhật – ứng dụng các
vật liệu mới. Công tác Mapping vật liệu thường được xử lý trên 3D max,
photoshop.
Công đoạn tái tạo ánh sáng thực ( Lighting):
Thiết lập ánh sáng để mô phỏng mô hình sao cho chúng càng giống thật càng tốt, có
thể hình dung như chúng ta bê cái mô hình đó đặt vào một môi trường vật lý rồi
chiếu sáng nó. Tất cả các phương án ánh sáng trong tự nhiên được mô phỏng dưới
dạng thông số vật lý, kể cả sự phản xạ, ảnh hưởng của màu sắc hay trạng thái thời
tiết và thời gian. Tái tạo ánh sáng là một công đoạn phức tạp và nhạy cảm, dù hiện
nay có các môi trường tốt để xử lý ánh sáng như phần mềm Vray, Corona,
Maxwell… nhưng sự nhạy cảm, kinh nghiệm là điều tối quan trọng cho một họa
viên. Tùy vào yêu cầu cũng như bối cảnh hoặc đặc thù vật liệu mà chọn điều kiện
ánh sáng khác nhau : ánh sáng bên ngoài hắt vào, ánh sáng từ đèn chiếu sáng trong
nhà, ánh sáng kết hợp … để đem lại các hiệu ứng tốt nhất.
Rendering:
Công đoạn này thuần túy thuộc về máy tính, tùy vào độ chi tiết cũng như độ lớn vật
lý của files bản vẽ mà sử dụng máy tính khác nhau. Với những bản vẽ chuyên
nghiệp thì một siêu máy tính mới có khả năng xử lý nhanh và có thể chiết xuất ra
những hình ảnh có độ phân giải cao từ Full HD đến 4K. Thời gian rendering có thể
kéo dài vài giây cho đến nhiều giờ, thậm chí nhiều ngày. Những đơn hàng đặc biệt
thường có những yêu cầu rõ ràng về độ phân giải , chủ yếu dành cho công tác quảng
cáo , trình chiếu hoặc in ấn khổ lớn v.v.. Đây là cuộc chiến của các nhà khoa học
máy tính
Giai đoạn hậu kỳ: (Postproduction)
Phần lớn giai đoạn này bị bỏ qua vì yếu tố kinh tế, xử lý hậu kỳ như một phần của
nhiếp ảnh, những tái tạo , hiệu chỉnh bao hàm cả giá trị cảm xúc, văn hóa được thể
hiện qua giai đoạn này. Một dự án chất lượng cao, xử lý hậu kỳ như một phần của sự
- so sánh đẳng cấp rất rõ rệt. Công đoạn này được xử lý trên 3ds max và Photoshop.
6. Các khía cạnh và thành phần trong thiết kế ảnh 3D:
TINH CHỈNH VẬT LIỆU
Texture và vật liệu là những yếu tố cốt lõi để tạo nên một bản photorealistic chân
thật. Vật liệu cần được thiết lập một cách chính xác các thuộc tính về phản xạ và
khúc xạ ánh sáng. Mấu chốt là cần phải hiểu rõ cách biểu hiện của vật liệu trong
thực tế ra sao, để từ đó thêm chiều sâu cho chúng trong bức ảnh. Bạn có thể làm
được điều này bằng cách sử dụng Specular map (map phản chiếu ánh sáng) để ra
lệnh cho phần mềm render biết được đâu là phần phản chiếu ánh sáng sắc cạnh
hơn (những bề mặt nhẵn bóng trong khung cảnh) và đâu là phần sự khuyếch tán
ánh sáng chiếm ưu thế (những bề mặt thô hơn). Bạn cũng có thể sử dụng bump map
hoặc normal maps để mô phỏng thuộc tính lồi lõm và chưa hoàn thiện của bề mặt
vật liệu. Hãy thiết lập các thuộc tính này như nhau cho cảc vật liệu và texture để tiết
kiệm bộ nhớ và làm nhẹ file dữ liệu.
- SMART LIGHTING
Sử dụng ánh sáng đúng cách giúp kể câu chuyện mà bạn đang muốn truyền đạt
thông qua tác phẩm của mình.
Ánh sáng trực tiếp đem đến cảm giác vui tươi giúp làm mềm bầu không gian trong
bức hình, và trong nhiều trường hợp giúp giảm thời gian rendering. Trong thiết
kế nội thất, bạn có thể thêm vào các nguồn sáng bổ sung từ khung cửa sổ để làm
nổi bật màu sắc trong khung cảnh.
CẠNH VÁT CHAMFER
Hầu như không tồn tại các góc cạnh hoàn toàn sắc nhọn trong tự nhiên. Dù được gia
công chính xác đến đâu cũng vẫn tồn tại một góc bo tròn nào đó dù là rất nhỏ tại
đường giao nhau giữa hai bề mặt. Viêc vát chamfer tại vị trí này giúp lột tả chi tiết
và tăng tính chân thật cho mô hình, bề mặt cạnh vát được làm cho nỗi bật nhờ nhận
và phản chiếu ánh sáng từ nguồn sáng chiếu tới.
- Chất lượng và độ bo tròn của các cạnh phụ thuộc vào loại vật liệu và khoảng cách từ
chi tiết đến camera bao xa. Bạn có thể chamfer các cạnh tự tiếp trong phần mền 3D
hoặc ngay trong phần mền render.
TEST LIGHTING
Quan sát và trải nghiệm mỗi ngày là rất quan trọng. Bắt đầu với một vài nguồn sáng
và di chuyển chiếu lên bề mặt các vật liệu và chi tiết. Thí nghiệm với từng loại
nguồn sáng để biết được tác động của mỗi loại ra sao lên khung cảnh, sau đó tập
trung vào mối tương quan giữa chúng với các loại nguồn sáng khác như thế nào, từ
đó lựa chọn các thuộc tính về cuờng độ và màu sắc phù hợp cho mỗi loại.
Thay đổi các vật liệu thành dạng standard white clay là cách đơn giản nhất để quan
sát được cách nguồn sáng và bóng đổ hoạt động ra sao trong khung cảnh.
TEST MATERIAL
Bắt đầu từ những bức hình tham khảo, và cố gắng phân tích các thuộc tính của
một loại vật liệu trước khi bắt đầu tạo ra loại vật liệu đó trong phần mềm số.
- Vật liệu đặc biệt là các loại với nhiều lớp layers, sss, có tính trong mờ
(translucency) hoặc có độ phản chiếu cao (glossy refection) thường tốn nhiều thời
gian tinh toán và xử lý nhất. Do đó việc hiểu rõ về các loại vật liệu này, đồng thời
tìm cách tối ưu chúng là rất quan trọng giúp giảm đáng kể thời gian render
Hãy thử nghiệm vật liệu trong môi trường standard virtual studio tiêu chuẩn, sau dó
add chúng vào khung cảnh của bạn. Việc kiểm tra vật liệu dựa trên khoảng cách
giữa chúng tới camera cũng khá cần thiết: những vật thể ở xa camera không yêu cầu
độ chi tiết cao về vật liệu bằng những vật ở gần. Ngoài ra, tránh sử dụng các vật
liệu pure white hoặc fully saturated trong khung cảnh.
CREATIVE LIGHTING
“Bạn không chỉ đơn thuần nhấn nút chụp ảnh, bạn đang tạo nên bức ảnh với tất cả
hiểu biết và tâm hồn của mình”, nhiếp ảnh gia nổi tiếng của Mỹ Ansel Adams từng
nói như thế. Ý tưởng rằng nhiếp ảnh là “thật”, là mạnh mẽ và hoang dại cũng ẩn
chứa những nhận thức sai cần bạn phá vỡ. Hãy quan sát cách các nhiếp ảnh gia
chuyên nghiệp sử dụng ánh sáng để chụp ảnh nội thất, xe hơi hoặc chân dung.
Tìm kiếm những bức ảnh có cách thiết lập ánh sáng tốt từ những bộ phim mà bạn
yêu thích. Hãy xem nhiếp ảnh là tiền đề, là buớc đầu tiên để hiểu rõ một cách toàn
diện về tiềm năng sáng tạo vô hạn của photorealistic rendering
Hãy sử dụng ánh sáng như một họa sĩ. Đặt nó tại những nơi bạn muốn hướng người
xem nhìn vào, và loại bỏ nó ra khỏi những nơi bạn thấy không cần thiết. Thực
nghiệm với độ cân bằng ánh sáng, kiểm tra nhiệt độ màu và bảng phân cấp màu.
Ánh sáng cần được thiết lập đồng nhất với thông điệp và nội dung mà bạn muốn
truyền tải. Các nhà thiết kế đồ họa giỏi, cũng giống như cách các nhiếp ảnh gia
chuyên nghiệp, luôn biết cách đưa cảm xúc và tâm hồn vào trong tác phẩm của
mình.
- KHƠI GỢI NGUỒN CẢM HỨNG
Sáng tạo hình ảnh đáng được xem là một cách đơn giản nhất để trải nghiệm
và hướng tới một cuộc sống có ý nghĩa, tuy rằng nó không phải là duy nhất.
Nguồn cảm hứng cũng giống như một cái bình vậy. Mỗi người chọn bỏ vào cái bình
ấy những thứ rất khác nhau, tùy thuộc vào phong cách riêng của họ. Đó có thể
là những thiết kế nội thất của Danish Furniture Design, đường chạy mạch điện
(circuit bending), những tác phẩm văn chương, thời trang, nhiếp ảnh, hay các tác
phẩm nghệ thuật của thập niên 1970s. Là một nghệ sĩ thực thụ, hãy quan sát xung
quanh và không ngừng điền đầy chiếc bình ấy với những thứ mình thích và khơi gợi
cảm hứng cho bản thân. Nó sẽ giúp bạn đánh thức tiếng nói nghệ thuật từ trong trái
tim bạn.
Và khi bắt đầu tạo ra một khung cảnh nào đó, bạn chỉ đơn giản là đổ từ chiếc bình
ấy ra một ít. Kể cả khi tác phẩm bạn tạo ra không được như ý muốn, hãy cứ vui vẻ vì
bạn đã tiếp nhận đuợc thêm nhiều bài học từ việc trải nghiệm những điều mới mẻ,
vượt qua giới hạn của bản thân trên con đuờng tìm kiếm cái đẹp đích thực.
QUAN SÁT NHIỀU HƠN
- Hãy tỉ mỉ quan sát những tác phẩm nhiếp ảnh. Giống như tất cả các hình thức nghệ
thuật khác, nó cũng có ngôn ngữ, nội dung và câu chuyện của riêng mình. Hãy xem
những bộ phim yêu thích và học cách thiết lập ánh sáng từ đó. Hãy học hỏi từ nghệ
thuật bài trí và sắp đặt của những người tiên phong trong thời kì nhiếp ảnh đen
trắng. Hãy tự mình chụp một bức ảnh. Những kiến thức về nhiếp ảnh càng
sâu, đồng nghĩa với việc những khả năng của bạn với đồ họa số càng được mở
rộng. Nếu không thể tưởng tượng ra một vật thể, bạn sẽ chẳng bao giờ tạo ra được
nó.
Quan sát cách hoạt động của ánh sáng. Bạn đã từng bao giờ trải nghiệm cảm giác bị
gián đoạn đột ngột bởi một vài hiệu ứng ánh sáng hiếm gặp mà bạn tin rằng chưa ai
từng thấy chưa. Nếu chưa thì hãy xem xét lại bản thân và tiếp tục quan sát, tìm tòi
kỹ hơn nữa.
Hãy xem xét công việc bạn đang làm. Thật bất ngờ là nhiều người thậm chí
còn không kiểm tra tác phẩm của mình một cách kỹ càng. Bạn có thể đã sử dụng
các thiết lập mình hay dùng cho vật liệu glass, nhưng nó lại trông không giống
glass một chút nào. Đó là các lỗi thường có trong lúc làm việc. Quan sát, kiểm
tra bằng mắt cũng là một kỹ năng bạn cần phải hoàn thiện.
ĐỊNH HƯỚNG RÕ RÀNG
Niền cảm hứng và tình yêu với hình ảnh chỉ là bước khởi đầu. Tuy nhiên hãy cẩn
thận vì nó có thể khiến bạn lãng phí hàng giờ với đống hình ảnh tham khảo vô tác
dụng. Trước khi bắt đầu bạn cần định huớng rõ ràng về loại hình ảnh tìm kiếm, từ
đó có đuợc những sự lựa chọn thông minh hơn.
Luôn luôn bắt đầu với một bản tóm tắt rõ ràng, nếu cần hãy yêu cầu khách hàng hợp
tác trong việc đề ra chi tiết những gì mà họ thực sự mong muốn. Nếu là tác
phẩm của cá nhân bạn, hãy thanh lọc và làm rõ luồn suy nghĩ của bản thân. Một tác
nguon tai.lieu . vn
