Бумажные 3D-модели: как они создаются?

Чешский энтузиаст Ян Рукр сделал своим хобби моделирование антуража фантастических фильмов. На его сайте Aliens Papercraft можно найти модели космической шлюпки, вооружения и транспортных средств звездных десантников, снимавшиеся в серии фильмов про зловещих пришельцев. А если скачать архив выкроек и распечатать их на цветном принтере, то модель можно собрать самостоятельно. Кроме атрибутики из фильма "Чужие", на сайте Aliens Papercraft в разделе Bonus можно найти модели космических кораблей из фантастических комиксов. Среди прочих там присутствуют корабль из фильма "Планета обезьян" и футуристический байк из мультфильма "TRON".

А мы далее поговорим не столько о бумажных моделях, сколько о технологии их конструирования. Ведь, как известно, чаще всего сложности вызывает не вопрос "Что делать?", а вопрос "Как делать?". Для ответа обратимся к той удивительно интересной методике, что придумал Ян Рукр. Итак, начнем.

Для конструирования бумажных 3D-моделей автор технологии использует всего три, по его выражению, "легких" программы, чтобы достичь эффекта прекрасно выглядящей модели. Во-первых, это Autodesk AutoCAD 2000, в которой автор создает 3D-модели или открывает 3DS-файлы из Интернета. Такие файлы, как правило, создаются с помощью программы 3D Studio. Собственно говоря, выбор программы AutoCAD продиктован скорее ее доступностью автору, но, если таковой программы не оказалось под рукой, можно использовать любую другую программу для трехмерного моделирования, лишь бы она умела работать с моделями в формате 3DS. И, разумеется, необходимо уметь ладить с избранной программой хотя бы в общих чертах, хотя бы на уровне не ниже "открыть/закрыть файл", а еще лучше знать программу в совершенстве.

Вторым, и наиболее важным во всей затеянной работе, компонентом является программа разворота трехмерных моделей, зовущаяся по имени Tenkai от Jun Mitani. Эта программа разворачивает объемные модели, находящиеся в 3DS- или DXF-файлах в плоские листы "виртуальной бумаги". Вот что сообщает сам создатель программы: "При помощи Tenkai вы можете легко и быстро на основе компьютерных геометрических трехмерных данных генерировать развернутые выкройки для творчества из бумаги". В общем, вы и сами можете убедиться во всех достоинствах на Web-странице, посвященной программе Tenkai. Там же всегда имеется готовая для скачивания свежая пробная версия программы. Сам же автор технологии создания трехмерных бумажных моделей использует бесплатную пробную незарегистрированную версию Tenkai 1.4.0a.

И третьим компонентом является какая-нибудь графическая программа, как, например, Paintshop или Photoshop. Для примера: автор использует старенькую (1995 года) версию PaintShop Pro 3.12. Однако вы можете с таким же успехом использовать любую другую известную или удобную вам графическую программу.

Вот при наличии этих трех программ вы можете начать конструировать свои собственные бумажные модели. Автор технологии, к примеру, поступает следующим образом. Сначала нужна исходная компьютерная 3D-модель. Интернет содержит немало таких моделей в 3DS- или DXF-форматах. При использовании AutoCAD годится только 3DS-формат. Однако автор не использует этот путь. Во всяком случае теперь уже не использует. Хороший пример - его неоконченный DROPSHIP. Модель была загружена из Интернета, но доступные в сети модели в формате 3DS могут быть созданы кем угодно и несут в себе три реально больших проблемы помимо того, что и сами модели изначально создаются все-таки не для разворота в плоские выкройки. Итак, три главные проблемы:

Проблема 1. Модель создается с высоким уровнем детализации, из-за чего она непригодна для разворачивания в программе Tenkai.

Проблема 2. Модель исполнена малым количеством объектов. Это означает, что разные части с высокой детализацией объединены в один общий объект, что тоже нельзя назвать лучшим для разворота в Tenkai.

Проблема 3. Как найти разделяющий край двух объектов? Это непросто сделать, если детали модели имеют точки или линии пересечения. А для бумажной модели очень важно правильно разделить исходную модель на детали. Tenkai разворачивает обе пересекающиеся детали, но они все еще продолжают пересекаться и на выкройке, поэтому вы не сможете понять, как совместить их вместе. Именно такая проблема была с DROSHIP, именно поэтому данный проект был задержан. Необходимо просто-напросто строить компьютерную модель DROPSHIP заново, иначе бумажная модель не получится.

Пример: это загруженная из Интернета модель импульсного оружия M-41. Она как раз содержит все описанные выше проблемы.

А вот модель с исправленными проблемами. Во время исправления вы можете делать не только все самостоятельно, но также добавлять в модель некоторые ваши идеи, отчего результирующая модель будет смотреться не хуже оригинальной.

Устранение проблем 1 и 2. Имейте в виду, что ваша модель должна иметь низкий уровень детализации. Для сравнения оцените две следующие модели. В левой модели уровень детализации уменьшен до оптимальных границ для последующего разворачивания в программе Tenkai. Вам просто для каждой обрабатываемой модели необходимо тщательно взвесить, от каких элементов можно отказаться вообще. Большое количество мелких деталей может оказаться неосуществимо в бумажном эквиваленте, и есть смысл некоторые из деталей воспроизвести, например, элементарной текстурой.

Устранение проблемы 3. Это наиболее важно для всего процесса конструирования бумажных моделей! Вы должны построить или преобразовать компьютерную 3D-модель таким же образом, как будет выглядеть конечная бумажная модель. То есть никаких пересечений между деталями модели не должно быть! Для примера ниже приведены две модели, имеющие ту же самую группу деталей. Но если переместить любую деталь по горизонтальной оси, можно увидеть различия. Детали в одной модели имеют пересечения между красным и серым объектами. В другой модели между желтым и голубым объектами пересечений не имеется. Существует лишь контакт поверхностей между деталями, а это вполне пригодно для склеивания бумажных деталей.

И теперь вы полностью готовы к конструированию собственной бумажной модели. Сейчас уже избранная 3D-модель избавлена от всех проблем. Для начала вы должны выбрать одну из деталей модели для последующего разворота. Tenkai может обрабатывать за раз только один объект. Поэтому для каждой детали придется повторять одну и ту же последовательность действий.

Итак, выбираете нужную деталь, копируете ее и вставляете в новый чертеж. Например, Draw.dwg. Здесь уже подразумевается работа с программой AutoCAD. Затем эту деталь экспортируете в формат 3DS. Получится Draw.3ds. После этого деталь, оставшаяся в Draw.dwg, более не нужна и ее можно удалить.

Далее импортируете Draw.3ds в чистый чертеж Draw.dwg. В результате получается чертеж с целиком полигональной моделью. Осталось сохранить этот чертеж как DXF-файл, поскольку этот формат наилучший для разворота в Tenkai.

Затем начинается самый приятный момент. В Tenkai вы можете развернуть файл формата DXF в плоский "бумажный" лист. В итоге получится растровое изображение.

Это изображение может быть раскрашено в различных графических редакторах. Там же наносятся текстуры, выкройки деталей располагаются в требуемых местах на листе, подписываются или помечаются номерами. А если вы к тому же имеете регистрированную версию Tenkai и создаете 3D-модель сразу с текстурами, то вам вообще не нужны будут последние шаги по раскраске и текстурированию в графическом редакторе.

Вот и все. Теперь вы знаете весь процесс от начала до конца. Можно надеяться, ваши таланты не пропадут даром и, быть может, найдут воплощение в новых и интересных бумажных 3D-моделях. Черт возьми, кто бы мог подумать, что слово "3D-модели" так быстро вырвется за пределы телевизионных экранов и компьютерных мониторов. Ведь, действительно, большинство людей ассоциирует его с чем-то нематериальным, доступным прямому наблюдению только в фильмах, фантастике. Сейчас же моделям можно придать всецело осязаемые очертания, даже несмотря на их определенно бумажную природу. Ну и напоследок - удачи вам!

Дополнения по теме можно прочитать здесь, где речь идет о Pepakura Designer - логическом продолжении программы Tenkai.

Ян Рукр, aliens.humlak.cz, 5 апреля 2004 года

Элементы для модернизации пневмосистем, кольца круглого сечения в наличии у tehmash.com