Трехмерное моделирование архитектурных объектов

В настоящее время человек не может обойтись без компьютерных технологий. Они используются во многих сферах деятельности, таких как маркетинг, медицина, кинематография, архитектурный дизайн,не говоря уже о промышленности.Одной из таких технологий является трехмерное моделирование. Сегодня оно особенно широко используется в сфере архитектуры и носит название технологии информационного моделирования зданий (Building Information Modeling, BIM).

3D-моделирование- это процесс создания трёхмерной модели объекта на основании чертежей и рисунков. Основная задача трехмерного моделирования - разработать визуальный объёмный образ желаемого объекта.Трехмер-ное моделирование позволяет создать прототип будущего сооружения в объемном формате. Важную роль 3D- моделирование играет при проведении презентации и демонстрации какого-либо продукта или услуги.Актуально применение трехмерных моделей зданий для предупреждения различных экстремальных ситуаций – наводнений, пожаров, оползней, террористических актов и т.д. [9]

Рассмотрим программные продукты 3D-моделирования, используемые для создания архитектурных сооружений.

К одной из самых популярных припроектированииз-даний относится программа 3ds Max (рис. 1).

Огромный набор инструментов, плагинов позволяет с помощью этого приложения легко моделировать и визуализировать любые интерьеры и самые сложные архитектурные построения. Не случайно 3ds Max является любимой программой дизайнеров и архитекторов (она даже интегрирована с AutoCAD).

Достоинства данной программы заключаются в легкости изучения, наличии огромного инструментария, широкой базы плагинов, возможности создания имитации природных явлений, а так же имеется версия для студентов. Недостатком данной программы является то, что она рассчитана только на операционные системы Windows.

CINEMA 4D – универсальная комплексная 3D-прог-рамма, которая позволяетсоздавать и редактировать трёхмерные объекты и эффекты.Программа CINEMA 4D (компания MAXON) дает возможность выполнять рендеринг (воспроиз-

Рис. 1 . Фрагмент программы 3dMax [2]

Рис. 2. Фрагмент программы CINEMA 4D [1]

ведение) объектов по методу Гуро, причем поддерживает как высококачественный рендеринг, так и анимацию.

Достоинства программы:

• •    максимально простой интерфейс;

• •    имеется встроенная поддержка русского языка;

• •    данные из Cinema 4D можно легко экспортировать в After Effects и наоборот;

• •    основная программа содержит инструменты для текстурирования, моделирования, рендера и анимации;

• •    имеются модули, которые открывают доступ к дополнительным специализированным функциям и инструментам программы;

• •    многофункциональный набор различных инструментов моделирования позволяет быстро создавать любые собственные объекты;

• •    можно анимировать любые параметры объекта;

• •    функция клонирования позволяет задать сложную анимацию для сотен объектов всего за несколько кликов.

Недостатками программы являются ограничение бесплатной версии по времени, сложный интерфейс, нелогичный алгоритм просмотра модели во вьюпорте.

Разработчики предлагают бесплатную редакцию 3D-редактора CINEMA 4D Student. Это полностью функциональная версия самой полной редакции программы CINEMA 4D Studio, за исключением сетевой визуализации и поддержки некоторых плагинов.

ArchiCAD- программный продукт ориентирован на профессиональных архитекторов, дизайнеров и проектировщиков. Это не просто программа трехмерного моделирования, это целый комплекс решений для профессионалов, позво- ляющий вести всю документацию по строительству от поэтажных планов и разрезов зданий до спецификации материалов и строительно-технической документации (рис. 3).

При работе в пакете используется концепция виртуального здания. Суть её состоит в том, что проект представляет собой выполненную в натуральную величину объёмную модель реального здания, существующую в памяти компьютера. Для её выполнения проектировщик на начальных этапах работы с проектом фактически строит здание, используя при этом инструменты, имеющие свои полные аналоги в реальности: стены, перекрытия, окна, лестницы, разнообразные объекты и т. д.

После завершения работ над виртуальным зданием, проектировщик получает возможность извлекать разнообразную информацию о спроектированном объекте: поэтажные планы, фасады, разрезы, экспликации, спецификации, презентационные материалы и пр. Поддерживает взаимодействие с различными программами.

Достоинства:

• •    технология «виртуального здания» позволяет работать не с отдельными, физически никак не связанными между собой чертежами, а со всем проектом в целом;

• •    благодаря большому количеству настроек стандартных инструментов, объекты настраиваются в соответствии с пожеланиями пользователя;

• •    позволяет работать над одним проектом группе архитекторов;

• •    имеется учебная версия, идентичная коммерческой.

К недостаткам можно отнести ограниченные возможности по созданию объектов со сложной, нестандартной

Рис. 3. Фрагмент программы ArchiCAD[3]

Рис. 4. Готовый объект программы SketchUp [5]

Рис. 5. Фрагмент программы SweetHome 3D [6]

Рис. 6. Фрагмент программы Blender [4]

геометрией (например, поверхности NURBS, скульптурное моделирование) и высокая стоимость программы.

Отличным средством для создания трехмерных проектов различных объектов является Google SketchUp, с помощью которой можно легко создать модель дома, выбрать отделку стен, пола и крыши.

Основные преимущества заключаются в том, что программа обладает подсказками, огромным количеством инструментов, простым и удобным ин-терфейсом, а также программа совершенна бесплатна.

К недостаткам можно отнести:

• •    отсутствие русскоязычной локализации,

• •    сложность в освоении, поэтому предлагаются видеоуроки,

• •    ограниченность в функциональности продукта в бесплатной версии для студентов.

Свободная компьютерная программа с открытым исходным кодом SweetHome 3D используется для моделирования интерьера, архитектурной визуализации жилых пространств и плана дома (рис. 5).

Преимущества данной программы состоят в том, что она полнофункциональна и бесплатна на русском языке, возможно использование на маломощных компьютерах, удобность в организации рабочего пространства, понятный интерфейс, удобная навигация.Недостатками являются неудобный механизм редактирования стен в плане этажа и маленькое количество библиотечных текстур.

Мощным бесплатным 3D-редактором, позволяющим создавать трёхмерные модели, анимационные ролики и даже интерактивные 3D-игры является Blender.Главные преимущества его заключаются в стабильной работе в Linux и Windows, программа функционирует даже с ПК со слабыми конфигурациями. Недостатком программы является сложность в изучении интерфейса.

Сравнительный анализ вышеописанныхпрограмм 3D-моделирования архитектурных объектовпредложен в таблице. Представленные сведения позволяют сделать вывод, что все программные продукты требуют большого объема внутренней памяти, разрешение монитора не должно быть меньше 1024x768, видеокарта - с поддержкой Open GL. Требования процессора для всех практически одинаковы: 64-бит. 8 ядер (рекомендуемые).

Для компьютеров с операционной системой Windows можно использо-вать любой программный продукт, остальные продукты поддерживают не все виды операционных систем. Практически все программы русскоязычные или имеют русификатор (3ds Max).

Минимальный срок лицензии у платных программных продуктов 3ds Max, Cinema 4D, ArchiCAD - 3 месяца. Наиболее выгодным является 3ds Max. Sketch Up - единственный продукт, у которого минимальный срок лицензии и самая высокая стоимость. Такие программы как Sweet Home 3D и Blender являются бесплатными и не имеют специальной версии для студентов в отличие от остальных программ.

Таким образом, наиболее выгодной, подходящей и удобной программой 3D-моделирования для архитектурных сооруженийявляется 3ds Max, так как он генерируется с другими программами, удобен в использовании, легок в изучении, имеет русификатор, а бесплатная версия для студентов такая же в интерфейсе, как и лицензионная программа.

Внедрение технологии информационного моделирования зданийперспек-тивно и эффективно для российских предприятий, так как позволит сократить время и денежные средства на разработку проекта, а также провести анализ факторов, влияющих на экологическую и энергетическую производительность зданий.

Таблица. Сравнительный анализ программ 3D-моделирования

Название программы	Поддержка ОС	Процессор	Объем ОП (min)	Видеокарта	Разрешение монитора	Поддер-жи-ваемые языки	Минимальный срок лицензии	Стоимость лицензии на 1 ПК, руб.	Наличие бесплатной версии для студентов
Autodesk 3ds Max	Windows	Intel PentiumR 4 AMD AthlonR 64 AMD OpteronR	4 ГБ	Графический адап-тер с поддержкой Direct3D 10, Direct3D 9, OpenGL	1152 х 864	Английский + русификация	3 мес.	16 788	да
Cinema 4D	AmigaOS, Microsoft Windows	Intel или AMD с поддержкой SSE3; Mac OS X	4 ГБ	Видеокарты поддерживающие OpenGL 2.1	1024 x768	Русскоязычная	3 мес.	35 179	да
ArchiCAD	Windows Apple Mac	64-бит,4 яд.	4 ГБ	С поддержкой ре-жима OpenGL 2.0	1366 x 768	Английский, русский	3 мес.	25 870	да
Sketch Up	Windows Mac OS X 10.5 Mac OS X 10.6	32-бит, 2 яд. 64-бит, 8 яд.	2 ГБ	Графическая карта с поддержкой OpenGL 2.1	1280 x 1024	Английский, русский	1 год	39 422	Да, но мало функциональна
Sweet Home 3D	Linux Windows Mac OS X Solaris	32-бит, 2 яд. 64-бит, 8 яд.	2 ГБ	с видеопамятью объемом не менее 128 Мб	1280 х 1024	Русскоязычная	-	бесплатно	да
Blender	Linux Windows MacOS Solaris BSD OpenBSD	32-бит, 2 яд. 64-бит, 8 яд.	2 ГБ	Графическая карта с поддержкой OpenGL	1280 х 1024 1920 x 1080	Русскоязычная	-	бесплатно	да