Pemodelan 3D

Dalam bidang grafik komputer 3D, pemodelan 3D ialah proses membangunkan gambaran berasaskan koordinat matematik bagi sebarang permukaan objek (baik yang bernyawa mahupun tidak) dalam tiga dimensi melalui perisian khusus dengan memanipulasi tepi, bucu dan poligon dalam ruang 3D yang disimulasikan.

Model tiga dimensi (3D) menggambarkan jasad fizikal dengan menggunakan himpunan titik-titik dalam ruang 3D, disambungkan oleh pelbagai entiti geometri seperti segi tiga, garisan, permukaan melengkung, dan sebagainya. Sebagai koleksi data (titik-titik dan maklumat lain), model 3D boleh dibuat secara manual, algoritma (pemodelan prosedur), atau dengan mengimbas. Permukaan mereka boleh ditakrifkan lagi dengan pemetaan tekstur.

Garis besar 
Hasilnya dipanggil model 3D. Orang yang bekerja dengan model 3D dikenali sebagai artis 3D atau pemodel 3D.

Model 3D juga boleh dipaparkan sebagai imej dua dimensi melalui proses yang dipanggil rendering 3D atau digunakan dalam simulasi komputer fenomena fizikal.

Model 3D boleh dihasilkan secara automatik atau manual. Proses pemodelan manual menyediakan data geometri untuk grafik komputer 3D adalah serupa dengan seni plastik seperti arca. Model 3D boleh dicipta secara fizikal menggunakan peranti pencetakan 3D yang membentuk lapisan 2D model dengan bahan tiga dimensi, satu lapisan pada satu masa. Tanpa model 3D, cetakan 3D tidak boleh dilakukan.

Perisian pemodelan 3D merupakan sekelas perisian grafik komputer 3D yang digunakan untuk menghasilkan model 3D. Program individu kelas ini, misalnya SketchUp, dikenali sebagai aplikasi pemodelan.

Sejarah 

Model 3D kini digunakan secara meluas di mana-mana sahaja Grafik 3D dan CAD, tetapi ia sudah melakar sejarah sebelum meluasnya penggunaan grafik 3D pada komputer peribadi.

Dahulu, ramai permainan komputer menggunakan imej pra-render bagi model 3D sebagai sprite sebelum komputer boleh memaparkannya dalam masa nyata. Pereka bentuk kemudiannya boleh memaparkan model dalam pelbagai arah dan pandangan, ini dapat membantu si pereka bentuk melihat sama ada objeknya tercipta seperti yang dikehendaki, dibandingkan dengan visi asalnya. Pandangan reka bentuk sebegini boleh membantu pereka bentuk atau pengusaha memikirkan perubahan atau penambahbaikan yang diperlukan pada produk.

Gambaran 

Hampir semua model 3D boleh dibahagikan kepada dua kategori:

 Pepejal (solid) – Model ini menentukan isi padu objek yang digambarkannya (seperti batu). Model pepejal kebanyakannya digunakan untuk simulasi kejuruteraan dan perubatan, dan biasanya dibina dengan geometri pepejal membina
 Kulit (shell) atau sempadan (boundary) – Model ini menggambarkan permukaan, iaitu sempadan objek, bukan isi padunya (seperti kulit telur yang sangat nipis). Hampir semua model visual yang digunakan dalam permainan video dan filem adalah model kulit.

Pemodelan pepejal dan kulit boleh mencipta objek yang serupa dari segi fungsi. Perbezaannya tertumpu pada variasi dalam cara ia dicipta dan disunting serta kelaziman penggunaan dalam pelbagai bidang dan perbezaan dari segi kehampiran model dengan realiti.

Model kulit mestilah bersifat manifold (tidak mempunyai lubang atau retak pada kulit) supaya bermakna sebagai objek sebenar. Dalam model kulit kubus, permukaan bawah dan atas kubus mesti mempunyai ketebalan seragam tanpa lubang atau retak pada lapisan pertama dan terakhir yang dicetak. Jaringan poligon (dan juga sedikit sebanyak permukaan subdivisi [subdivision surfaces]) adalah gambaran yang paling umum. Level set adalah gambaran yang berguna untuk mencairkan bentuk permukaan yang mengalami banyak perubahan topologi seperti bendalir.

Proses menukar gambaran objek, seperti koordinat titik tengah sfera dan titik pada lilitannya kepada gambaran poligon sfera, dipanggil "teselasi" (tessellation). Langkah ini terguna dalam rendering berasaskan poligon, di mana objek dipecahkan daripada gambaran-gambaran abstrak ("primitif") seperti sfera, kon dan sebagainya, kepada yang dipanggil mesh, iaitu jaringan bagi segi tiga yang saling berkaitan. Mesh segi tiga lebih popular, contohnya berbanding mesh segi empat, kerana ia terbukti mudah diraster (permukaan yang diterangkan oleh setiap segi tiga bersifat satah, jadi unjuran sentiasa cembung). Gambaran poligon tidak digunakan dalam semua teknik rendering, dan dalam kes ini langkah teselasi tidak disertakan dalam peralihan daripada gambaran abstrak kepada pemandangan yang diberikan.

Proses 
Terdapat tiga cara popular untuk menggambarkan model:

 Pemodelan poligon (Polygon modeling) – Titik-titik dalam ruang 3D, dipanggil verteks, disambungkan oleh segmen garisan untuk membentuk jaringan poligon. Sebilangan besar model 3D hari ini terbina sebagai model poligon bertekstur disebabkan fleksibilitinya berkat keupayaan komputer memaparkannya dengan begitu cepat. Namun begitu, poligon bersifat satah dan hanya boleh menghampiri rupa permukaan melengkung dengan menggunakan sejumlah poligon yang amat banyak.
 Pemodelan lengkung (Curve modeling) – Permukaan ditakrifkan oleh lengkung-lengkung yang terpengaruh dengan titik-titik kawalan berberat. Lengkung mengikuti (tetapi tidak semestinya bertindih dengan) titik-titik. Menambahkan berat untuk satu titik akan menarik lengkung lebih dekat ke titik tersebut. Jenis lengkung termasuk non-uniform rational B-spline (NURBS), spline, patch dan primitif geometrik.
 Pengarcaan digital (Digital sculpting) – Walaupun merupakan kaedah pemodelan yang agak baru, namun arca 3D telah menjadi sangat popular. Pada masa ini terdapat tiga jenis pengarcaan digital:
 Anjakan (displacement), iaitu yang paling banyak digunakan dalam kalangan aplikasi pada masa ini, menggunakan model padat (yang selalunya dijana oleh permukaan subdivisi dari jaringan kawalan poligon) dan menyimpan lokasi baharu untuk kedudukan bucu melalui penggunaan peta imej yang menyimpan lokasi yang terlaras.
 Isi padu (volumetric), berdasarkan voxel (unsur isipadu), mempunyai keupayaan yang sama seperti kaedah anjakan tetapi tidak terjejas dari regangan poligon jika tidak cukup poligon di sesebuah kawasan untuk mencapai pencairan bentuk.
 Teselasi dinamik (dynamic tessellation), serupa dengan voxel, membahagikan permukaan secara penyegitigaan (triangulation) untuk mengekalkan permukaan licin dan membolehkan butiran yang lebih halus. Kaedah ini membolehkan penerokaan yang sangat artistik kerana model akan mempunyai topologi baharu yang dicipta di atasnya sebaik sahaja model terbentuk dan mungkin butiran telah terarca. Mesh baharu biasanya akan tersimpan maklumat mesh resolusi tinggi asal yang dipindahkan ke dalam data anjakan atau data peta biasa jika untuk enjin permainan.

Peringkat pemodelan terdiri daripada membentuk objek individu yang kemudiannya digunakan dalam adegan. Terdapat beberapa teknik pemodelan, termasuk:

 Geometri pepejal membina
 Permukaan tersirat
 Permukaan subdivisi

Proses pemodelan boleh dilakukan melalui program khusus (contohnya, Blender, Cinema 4D, LightWave, Maya, Modo, 3ds Max) atau komponen aplikasi (Shaper, Lofter in 3ds Max) atau suatu bahasa penerangan adegan (seperti dalam POV-Ray). Kadang-kadang, tiada perbezaan yang ketara antara fasa ini; oleh itu, pemodelan hanyalah sebahagian daripada proses penciptaan adegan (misalnya Caligari trueSpace dan Realsoft 3D).

Model 3D juga boleh dicipta menggunakan teknik "fotogrametri" dengan program-program khusus seperti RealityCapture, Metashape dan 3DF Zephyr. Pembersihan dan pemprosesan selanjutnya boleh dilakukan dengan aplikasi seperti MeshLab, GigaMesh Software Framework, netfabb atau MeshMixer. Fotogrametri mencipta model menggunakan algoritma untuk mentafsir bentuk dan tekstur objek dan persekitaran dunia sebenar berdasarkan gambar yang diambil dari pelbagai sudut subjek.

Bahan-bahan kompleks seperti tiupan pasir, awan dan semburan cecair dimodelkan dengan sistem zarah dan merupakan sekelompok koordinat 3D yang telah ditentukan titik-titik, poligon, percikan tekstur atau sprite-nya.

Model manusia 
Aplikasi komersial pertama yang tersedia secara meluas bagi model maya manusia muncul pada tahun 1998 di laman web Lands' End. Model maya manusia dicipta oleh syarikat My Virtual Mode Inc. dan membolehkan pengguna mencipta model diri mereka sendiri dan mencuba pakaian 3D. Terdapat beberapa program moden yang membolehkan penciptaan model manusia maya (contohnya, Poser).

Pakaian 3D 

Pembangunan perisian simulasi kain seperti Marvelous Designer, CLO3D dan Optitex, telah membolehkan artis dan pereka fesyen memodelkan pakaian 3D dinamik pada komputer. Pakaian 3D dinamik digunakan untuk katalog fesyen maya, serta untuk berpakaian watak 3D untuk permainan video, filem animasi 3D, dijadikan pelakon gantian digital (digital double) dalam filem, dan juga menghasilkan pakaian untuk avatar dalam dunia maya seperti SecondLife.

Perbandingan dengan kaedah 2D 
Kesan fotorealistik 3D selalunya tercapai tanpa pemodelan rangka dawai (wire-frame modeling) dan kadangkala tidak dapat dibezakan dalam bentuk akhir. Sesetengah perisian seni grafik termasuk penapis yang boleh digunakan pada grafik vektor 2D atau grafik raster 2D pada lapisan lutsinar.

Kelebihan pemodelan 3D rangka dawai berbanding kaedah 2D secara eksklusif termasuk:

 Fleksibiliti, keupayaan untuk mengubah sudut atau menghidupkan imej dengan memaparkan perubahan dengan lebih cepat;
 Kemudahan rendering, pengiraan automatik dan rendering kesan fotorealistik berbanding membayangkan atau menganggar secara mental;
 Fotorealisme yang tepat, mengurangkan kemungkinan kesilapan manusia seperti salah letak, terlebih buat atau terlupa memasukkan kesan visual.

Kelemahan kaedah rangka dawai berbanding rendering fotorealistik 2D termasuk perlunya menguasai perisian berkenaan dan kesukaran mencapai kesan fotorealistik tertentu. Sesetengah kesan fotorealistik boleh dicapai dengan menggunakan filter rendering khas yang disertakan dalam perisian pemodelan 3D. Sesetengah penggiat cuba memanfaatkan kedua-dua "dunia" dengan menggunakan gabungan pemodelan 3D disusuli mengedit imej 2D yang dihasilkan komputer daripada model 3D.

Pasaran model 3D 
Masih wujud pasaran besar untuk model 3D (serta bahan-bahan kandungan berkaitan 3D seperti tekstur, skrip, dll.) – baik untuk model individu mahupun koleksi besar. Beberapa pasaran dalam talian untuk kandungan 3D membolehkan para artis menjual kandungan ciptaan sendiri, termasuk TurboSquid, CGStudio, CreativeMarket, MyMiniFactory, Sketchfab, CGTrader dan Cults. Selalunya, matlamat artis adalah untuk mendapatkan nilai tambahan daripada aset yang sudah dicipta untuk projek. Dengan berbuat demikian, artis boleh memperoleh lebih banyak wang daripada kandungan lama mereka, dan syarikat boleh menjimatkan wang dengan membeli model sedia ada dan bukannya mengupah pekerja untuk membentuk model yang baharu. Pasaran ini biasanya membahagikan hasil jualan antara dirinya dan artis yang mencipta aset; artis mendapat 40% hingga 95% daripada jualan mengikut pasaran. Lazimnya, artis mengekalkan hak milik model 3D manakala pelanggan hanya membeli hak untuk menggunakan dan mempersembahkan model tersebut. Sesetengah artis menjual produk secara langsung di kedai sendiri dan menawarkan produk pada harga yang lebih rendah tanpa menggunakan khidmat perantaraan.

Industri seni bina, kejuruteraan dan pembinaan (architecture, engineering, and construction, AEC) adalah pasaran terbesar untuk pemodelan 3D dengan anggaran nilai $12.13 bilion menjelang 2028. Ini kerana penggunaan pemodelan 3D semakin meningkat dalam industri AEC yang membantu meningkatkan ketepatan reka bentuk, mengurangkan ralat dan keciciran serta memudahkan kerjasama dalam kalangan pihak yang berkepentingan dalam projek.

Sejak beberapa tahun kebelakangan ini, banyak pasaran yang mengkhususkan diri dalam model rendering dan pencetakan 3D telah muncul. Beberapa pasaran percetakan 3D ialah gabungan tapak perkongsian model, dengan atau tanpa keupayaan e-kom terbina dalam. Beberapa platform tersebut juga menawarkan perkhidmatan pencetakan 3D atas permintaan, perisian untuk pemaparan model dan paparan item yang dinamik. Perkongsian fail percetakan 3D dan platform pemaparan model termasuk Shapeways, Sketchfab, Pinshape, Thingiverse, TurboSquid, CGTrader, Threeding, MyMiniFactory dan GrabCAD.

Pencetakan 3D 
Istilah pencetakan tiga dimensi merujuk kepada satu bentuk teknologi pembuatan bersifat tambahan di mana objek tiga dimensi dicipta daripada bahan lapisan berturut-turut. Objek boleh dihasilkan tanpa memerlukan acuan mahal yang kompleks atau pemasangan dengan pelbagai bahagian. Pencetakan 3D membolehkan idea diolah menjadi prototaip dan diuji tanpa perlu melalui proses pengeluaran.

Model 3D boleh dibeli daripada pasaran dalam talian dan dicetak oleh individu atau syarikat menggunakan mesin cetak 3D yang tersedia secara komersial, membolehkan pengeluaran objek di rumah seperti alat ganti dan juga peralatan perubatan.

Kegunaan 

Kini, pemodelan 3D digunakan dalam pelbagai industri seperti perfileman, animasi dan permainan video, reka bentuk dalaman dan seni bina. Ia juga digunakan dalam industri perubatan untuk mencipta gambaran interaktif anatomi.

Industri perubatan menggunakan model organ terperinci yang boleh dihasilkan dengan berbilang kepingan imej 2D daripada imbasan MRI atau CT. Model tersebut digunakan oleh industri filem sebagai watak dan objek untuk filem animasi mahupun dunia nyata, dan juga oleh industri permainan video sebagai aset untuk permainan komputer dan permainan.

Model 3D juga digunakan dalam sektor sains dalam bentuk model sebatian kimia yang sangat terperinci.

Model 3D digunakan dalam industri seni bina untuk menunjukkan cadangan bangunan dan landskap sebagai ganti model seni bina fizikal tradisional. Selain itu, penggunaan Level of Detail (LOD) dalam model 3D semakin penting dalam industri AEC. LOD adalah ukuran tahap perincian dan ketepatan yang disertakan dalam model 3D. Tahap LOD berkisar antara 100 hingga 500, dengan LOD 100 mewakili model konseptual yang menunjukkan jisim asas dan lokasi objek, dan LOD 500 mewakili model yang sangat terperinci yang merangkumi maklumat tentang setiap aspek bangunan, termasuk sistem MEP dan kemasan dalaman. Dengan menggunakan LOD, para arkitek, jurutera dan kontraktor am boleh menyampaikan reka bentuk yang diingini dengan lebih berkesan dan membuat keputusan yang lebih termaklum sepanjang proses pembinaan.

Para penggiat ilmu arkeologi kini mencipta model 3D warisan budaya untuk tujuan penyelidikan dan visualisasi. 

Model 3D digunakan oleh komuniti kejuruteraan sebagai reka bentuk peranti, kenderaan dan struktur baharu serta pelbagai kegunaan lain.

Dalam dekad kebelakangan ini komuniti sains bumi telah mula membina model geologi 3D sebagai amalan standard.

Model 3D juga boleh menjadi asas untuk peranti fizikal yang dihasilkan dengan pencetak 3D atau mesin CNC.

Dari segi pembangunan permainan video, pemodelan 3D adalah satu peringkat dalam proses pembangunan yang lebih panjang. Secara ringkas, sumber geometri untuk bentuk objek mungkin merupakan:

 Pereka bentuk, jurutera industri atau artis menggunakan sistem 3D-CAD
 Objek sedia ada, direka balik (reverse engineered) atau disalin menggunakan pendigital atau pengimbas bentuk 3D
 Data matematik disimpan dalam ingatan berdasarkan penerangan berangka atau penghitungan objek.

Pelbagai perisian 3D juga digunakan dalam membina perwakilan digital model atau bahagian mekanikal sebelum ia benar-benar dihasilkan. Perisian berkaitan reka bentuk dan pembuatan berbantu komputer digunakan dalam bidang tersebut, dan dengan perisian ini, bukan sahaja bahagian-bahagian boleh dibentuk, bahkan juga dipasang dan diperhatikan fungsinya.

Pemodelan 3D juga digunakan dalam bidang reka bentuk perindustrian, di mana produk digambarkan dalam model 3D sebelum ditunjukkan kepada pelanggan. Dalam industri media dan penganjuran acara, pemodelan 3D digunakan dalam reka bentuk pentas dan set.

Rujukan

Pautan luar 

Reka bentuk permainan video
Pengimejan 3D
Grafik komputer 3D
Laman-laman dengan terjemahan-terjemahan yang belum disemak