مروری بر مهم‌ترین انواع مدل‌ سازی سه بعدی 2024

تاریخچه طراحی سه‌بعدی برای آسان‌تر شدن کار، سیر تاریخی تحول و پیشرفت در مدل‌سازی و طراحی سه‌بعدی به دو دسته‌ی کلی تفسیم شده است: طراحی سه‌بعدی پیش از قرن ۲۱ و 3D دیزاین در قرن ۲۱. عنوان اول از تلاش‌های بشر برای پیدا‌کردن راهی برای به تصویر کشیدن اجسام سه‌بعدی شروع و به تولد نرم‌افزارهای طراحی و دیزاین ختم می‌شود. دومین عنوان تحولات طراحی سه‌بعدی را از دهه‌ی پایانی قرن ۲۰ به بعد تا حال حاضر دنبال می‌کند.

شاید باور نکنید اما طراحی سه‌بعدی تاریخی طولانی دارد. تاریخی که با پیشرفت در علم ریاضی، مخصوصا علم هندسه، گره خورده است. تصویرسازی سه‌بعدی روی کاغذ و بعد در نرم‌افزارهای 3D دیزاین مانند بلندر را فرمول‌های ریاضی ممکن کردند.

طراحی سه‌بعدی پیش از قرن ۲۱ تلاش برای درک‌کردن و به تصویر کشیدن فضای سه‌بعدی از قرن ششم پیش از میلاد، و شاید هم پیش از آن، آغاز شده بود. هندسه تلاشی بود برای مدل‌سازی جهان مادی و اشیا و اجسام آن. در قرن سوم پیش از میلاد بود که اقلیدس اصول اولیه‌ی هندسه را در کتابش تدوین کرد و به همین دلیل، به او لقب پدر هندسه یا بنیان‌گذار علم هندسه را دادند.

علم هندسه با ویژگی‌های فضا و نقاط (که خطوط و اشکال را تشکیل می‌دهند) سروکار دارد. اجسام بُعد دارند. پس، بعد نیز یکی از موضوعاتی است که در هندسه به آن پرداخته می‌شود. مطالعه‌ و بررسی ویژگی‌های صفر بعدی‌ها (ذرات بدون ابعاد)، یک بعدی‌ها (خط)، دو بعدی‌ها (صفحه)، سه بعدی‌ها (اشیا) و چهار بعدی‌ها (فضایی که از گسترش قانون سه بعدی به دست می‌آید) از جمله مباحث علم هندسه است.

اما این‌طور نیست که از اول تکلیف همه‌چیز در هندسه روشن بوده باشد. هندسه نیز مانند هر علمی با کوشش‌های دانشمندان و ریاضی‌دانان در قرون بعدی تکمیل شد. در هندسه‌ی اقلیدسی چیزی به نام محور مختصات وجود نداشت تا بشود اشکال سه‌بعدی را با داشتن طول و عرض و ارتفاع رسم کرد.

قرن ۱۷ و دستگاه مختصات دکارتی اجسام سه‌بعدی را روی محور مختصات و با ۳ نقطه (طول، عرض و ارتفاع)

نشان می‌دهند. رنه دکارت، فیلسوف و ریاضی‌دان معروف فرانسوی، در قرن ۱۷ دستگاه مختصات را به هندسه افزود و راه را برای پیشرفت‌های بعدی باز کرد. درواقع، محور مختصات دکارتی پایه‌ی ریاضی مدل‌سازی سه‌بعدی است.

اگر با مدل‌سازی سه‌بعدی در نرم‌افزارهای طراحی سه‌بعدی، مثلاً بلندر، آشنا باشید؛ می‌دانید که آنجا هم طراح با محور مختصات سروکار دارد. نرم‌افزارهای طراحی سه‌بعدی براساس محور است.

قرن ۲۰ و تولد Computer-aided Design (CAD) کامپیوتر چیست؟ ماشین‌حسابی بسیار سریع که می‌تواند محاسبات سخت و پیچیده را برای انسان در کم‌ترین زمان ممکن انجام دهد. کامپیوتر با همین ایده‌ اختراع شد. کسی از کامپیوتر برای طراحی (دیزاین) استفاده نمی‌کرد. چون کامپیوتر قرار بود محاسبات انجام دهد و به مهندسان کمک کند. کامپیوتر ابزاری برای آفرینش‌های هنری نبود. اما من و شما خوب می‌دانیم که به ابزار قدرتمندی برای خلق آثار هنری تبدیل شد.

وقتی کامپیوتر برای محاسبات پیچیده استفاده می‌شود، چرا نباید با آن موتور ماشین یا خانه طراحی کرد یا حتی نقاشی کشید؟ در سال ۱۹۶۳، Ivan Edvard Sutherland نرم‌افزاری به نام Sketchpad را ساخت که کامپیوتر را به وسیله‌ای برای دیزاین و طراحی گرافیک تبدیل کرد. اسکچ‌پد مثل یک دفتر نقاشی است، البته یک دفتر نقاشی سه بعدی. پس، از کامپیوتر برای طراحی و تولید هر نوع تصویری، یعنی گرافیک کامپیوتری (Computer Graphics)، هم می‌شود استفاده کرد.

در سال ۱۹۶۴، شرکت General Motors و IBM اعلام کردند که با همکاری یکدیگر برنامه‌‌ی کامپیوتری یکپارچه‌ای برای طراحی ماشین ساخته‌اند. نام آن برنامه Design Augmented by Computer بود. پس از آن بود که نرم‌افزارهای CAD (دیزاین به‌ وسیله‌ی یا به کمک کامپیوتر) زیادی برای طراحی در حوزه‌ها و صنایع مختلف ساخته شد.

خودروسازی، معماری، طراحی و ساخت موتورها و دستگاه‌های پیچیده و سنگین صنعتی، شهرسازی، صنعت سینما و تلویزیون، صنعت جواهرسازی، بازی‌های کامپیوتری و … از جمله صنایع و حوزه‌هایی است که نرم‌ افزارهای CAD در آن‌ها کاربرد پیدا کرد. بسیاری از آن نرم‌افزارها ابزار و امکان طراحی دو بعدی و سه بعدی را با هم به دیزاینر می‌دهند.

Computational Geometry and Geometric Modeling با نرم‌افزاری ابتدایی مثل اسکچ‌پد نمی‌شد.

چاپ سه بعدی یک فرآیند تولید فیزیکی است که در آن اشیاء با استفاده از مدلهای سه بعدی دیجیتال ساخته می‌شوند. این فرآیند به شما امکان می‌دهد تا اشیاء سه بعدی متنوع را از طریق لایه‌لایه ساخت و ایجاد کنید. در زیر به برخی اطلاعات کلی و مهم در مورد چاپ سه بعدی می‌پردازم:

1. فایل مدل سه بعدی:
   • شما نیاز به یک فایل مدل سه بعدی دارید که حاوی اطلاعات هندسی اشیاء است.
   • فرمت‌های معمول شامل STL، OBJ و AMF می‌باشند.
2. نرم‌افزار طراحی و چاپ:
   • برای طراحی مدل سه بعدی، می‌توانید از نرم‌افزارهایی مانند TinkerCAD، Fusion 360، SolidWorks و غیره استفاده کنید.
   • برای آماده‌سازی فایل برای چاپ، نرم‌افزارهایی مانند Cura، PrusaSlicer یا Simplify3D معمولاً استفاده می‌شوند.
3. فرآیند چاپ:
   • فرآیند چاپ سه بعدی به صورت لایه‌لایه انجام می‌شود.
   • دستگاه چاپ سه بعد، با استفاده از مواد مختلف، لایه‌های متنازع را ایجاد می‌کند تا شیء نهایی شکل گیرد.
4. مشکلات ممکن:
   • در چاپ سه بعدی ممکن است مشکلاتی مانند پشته شدن لایه‌ها (layer stacking) یا پشتیبانی ناکافی در مدل‌های پیچیده به وجود بیاید.
5. هزینه:
   • هزینه چاپ سه بعدی بستگی به مواد مصرفی، اندازه شیء و میزان جزئیات دارد.
6. استفاده‌های مختلف:
   • چاپ سه بعدی در زمینه‌های مختلفی از جمله طراحی محصولات، پزشکی، معماری، هنر، و حتی آموزش به کار می‌رود.

با توجه به این اطلاعات، شما می‌توانید مراحل مختلف چاپ سه بعدی را طی کرده و اشیاء مختلف را ایجاد کنید.

نرم افزارهای طراحی سه بعدی یکی از ابزارهای اساسی در حوزه‌های مختلف از جمله مهندسی، هنر، تجارت و بازی‌سازی هستند. این نرم افزارها به کمک کاربران امکان مدل‌سازی و طراحی اشیاء سه بعدی را می‌دهند. در زیر به برخی از نرم افزارهای معروف طراحی سه بعدی اشاره خواهم کرد:

1. AutoCAD:
   • یکی از قدیمی‌ترین و محبوب‌ترین نرم افزارهای طراحی سه بعدی در حوزه مهندسی و معماری.
   • از قابلیت‌های متقدم مدل‌سازی و تحلیل سه بعدی بهره می‌برد.
2. Blender:
   • یک نرم افزار متن‌باز و رایگان برای طراحی و مدل‌سازی سه بعدی.
   • از قابلیت‌های گسترده‌ای اعم از مدل‌سازی، انیمیشن، رندرینگ و شبیه‌سازی استفاده می‌کند.
3. Autodesk Maya:
   • نرم افزار حرفه‌ای مورد استفاده در صنعت فیلم و بازی‌سازی.
   • دارای امکانات گسترده در زمینه مدل‌سازی، انیمیشن، افکت‌های ویژه و رندرینگ است.
4. 3ds Max:
   • یکی دیگر از محصولات شرکت Autodesk که بیشتر در زمینه بازی‌سازی و تصویرسازی ثابت استفاده می‌شود.
   • دارای ابزارهای قدرتمند در زمینه مدل‌سازی و انیمیشن است.
5. Cinema 4D:
   • نرم افزاری که در طراحی گرافیک، انیمیشن و افکت‌های ویژه مورد استفاده قرار می‌گیرد.
   • واسط کاربری کارآمد و ابزارهای سازماندهی شده را فراهم می‌کند.
6. SolidWorks:
   • نرم‌افزار مهندسی که برای طراحی محصولات صنعتی و مهندسی مکانیکی مورد استفاده قرار می‌گیرد.
   • امکانات قوی در زمینه مدل‌سازی سه بعدی، ترسیم و شبیه‌سازی دارد.
7. TinkerCAD:
   • یک نرم افزار آنلاین و ساده برای طراحی سه بعدی، به ویژه برای مبتدیان.
   • ویژگی‌های کارآمدی را در یک واسط کاربری ساده ارائه می‌دهد.

همچنین، بسیاری از این نرم‌افزارها دارای امکانات هماهنگی با چاپگرهای سه بعدی برای تبدیل مدل‌های دیجیتال به اشیاء فیزیکی نیز هستند. برای انتخاب نرم افزار مناسب، نیاز به درک نیازهای خاص پروژه و سطح مهارت شما در زمینه طراحی سه بعدی دارید.