3D Modelleme

3D bilgisayar grafiklerinde, 3D modelleme ya da doğrudan modelleme bir cismin 3 boyutlu şekilde bütün yüzeyleriyle matematiksel ifadesidir. Canlı veya cansız herhangi bir varlığın görüntüsünü üç boyutlu şekilde modellemek için çeşitli bilgisayar programları kullanılmaktadır. Tasarlanmış 3D model 3D yazıcılarda baskı teknolojilerinden biri kullanılarak gerçek fiziksel bir objeye dönüştürülebilir.

3D modelleme otomatik veya manuel olarak yapılabilir. Manuel olarak tasarlanacak objeye geometrik model hazırlamak bir nevi plastik sanatla ya da heykeltıraşlıkla uğraşmaya benzer. Modelleyeceğiniz objenin 3D şeklinde geometrik datasını siz hazırlarsınız.

3D Tasarım

Yukarıda bahsettiğimiz üzere 3D modelleme; hâli hazırda bulunan bir canlı veya cansız varlığın 3 boyutlu dijital formunu oluşturmaktı. 3D tasarım ise, bir ihtiyaca, kullanım alanına, mühendislik hesaplarına göre önce kağıt üzerinde belirlenen parçanın bilgisayar ortamına aktarılmasıdır.

3D Modelleme vs. 3D Tasarım

3D modelleme ile 3D tasarımın farkı, 3D tasarımın halihazırda bulunmayan bir nesnenin bilgisayar ortamına aktarılması olduğu için, hesaplamaların, ihtiyaçların, kullanım alanlarının vs. belirlenmesi gerekir. Bu noktada tasarımcı sıfırdan bir ürünü veya var olan bir ürünün ihtiyaç üzerine vs. yeni geliştirilmiş halini oluşturur.

3D tasarım işlemi, hesaplandıktan, ölçüleri vs. belirlendikten sonra 3D modelleme işlemine dönüşür ve o şekilde ilerler.

Modeller

3D modeller fiziksel bir varlığı uzay geometrisindeki belirli noktalarla tanımlar. Bu modeller çeşitli geometrik şekillerin birleşimi ile ortaya çıkar. Bütünsel bir sistemde üçgen, çember, doğru ve eğriler kullanılır. Elde veriler bulunduğu takdirde 3D tasarım manuel olarak, simülasyon programı kullanılarak ya da tarama işlemiyle ortaya konabilir.

3D modelleme 3D grafiklerde oldukça yaygın bir şekilde kullanılır. Aslına bakarsak 3D modeller 3D grafiklerin kişisel bilgisayarlarda yaygın olarak kullanılmasından daha önce mevcuttu. Örneğin birçok bilgisayar oyununda 3D modellemeler mevcut olmasına rağmen 3D grafikler henüz kişisel olarak bilgisayarda tasarlanmaya uygun değildi. Bilgisayar programlarının yaygınlaşmasından önce de 3D modellemeler vardı.

Günümüzde 3D modeller çok çeşitli alanlarda kullanılmaktadır. Tıp sektöründe organların üç boyutlu modelleri oldukça etkin bir şekilde kullanılmaktadır. Bunun için veri MR makinesinde çekilen çok sayıdaki iki boyutlu fotoğrafın birleştirilmesiyle ortaya çıkıyordu. Sinema sektöründe özellikle animasyon görüntülerde yaygın bir şekilde 3D modellemeler kullanılmaktadır. Oyun sektörü yine birçok bilgisayar oyununda 3D modellemeleri detaylı bir şekilde kullanmaktadır. Bilimde de 3D modellerinin kullanımı önemlidir. Örneğin bir kimyasal bileşiği 3D modeliyle 3 boyutlu bir şekilde simgeleme olanağına sahibiz. Bu şekilde molekül geometrisi de ortaya aynen çıkmış oluyor.

Mimari alanında 3D modelleme için birçok program oluşturulmuştur. Mühendislikte herhangi bir ürün ortaya çıkarılırken önce prototipi hazırlanır. Bu da ancak 3D modeliyle mümkün olur. Yer bilimciler de aynı şekilde son dönemlerde yer şekillerini 3 boyutlu modeller üzerinden incelemeye başladılar. 3D modeller aynı zamanda üretilecek 3 boyutlu bir cismin temelini oluştururlar. Bu modeller 3D yazıcılar tarafından gerçek bir objeye dönüştürülürler.

Modellemenin Cinsi

3D tasarım iki şekilde yapılabilir. Bunlar katı modelleme ve yüzey modelleme şeklindedir.

Katı modelleme modellenecek cismin gerçek hacmiyle birlikte görüntüsünü yansıtır. Bu tip modellemeler oldukça gerçekçi görünür ancak bunun sonucu olarak ortaya konması da zordur. Örneğin bir taşın modeli yine aynı şekli taşıyan 3 boyutlu bir taş ile ortaya konur. Sağlık ve mühendislik alanındaki simülasyonlar görsel değildir. Bu nedenle bu alanlarda katı modelleme daha çok kullanılır.

Yüzey modellemede ise hacim modellenmez. Sadece var olan objenin kabuk kısmı sınır teşkil etmesi açısından modellenir. İçerisi boşaltılmış bir yumurta düşünün. Aynen o şekilde sınırları belirli ancak içi boş modeller yüzey modelleme ile elde edilir. Bu tarz modeller daha kolay ortaya çıkar ancak üretim için katı modelleme kadar yeterli değildir.

Bir objenin görüntüsü çok önemli olduğu için bilgisayar grafiklerinde yüzey modelleme yaygın modeller kullanılır. 2 boyutlu yüzeyler bilgisayar grafiklerindeki modelleri anlamamıza daha çok yardımcı olur. Çünkü burada ortaya konan grafiklerin görüntüleri kesin değildir. Kesinlik olmadığı için grafik tasarımları gerçekliğe yakın olacak bir tasarıma dayanır. Son yıllarda noktasal tasarımlar da bu alanda yaygınlaşmıştır. Sınırları belirleyecek şekilde objenin dış yüzeylerini koordinat sistemindeki noktalarla ortaya koyduktan sonra bu noktalar uygun çizgilerle birleştirilirler.

Modelleme Süreci

Bir modeli ortaya koyarken 3 tane yaygın yöntem bulunmaktadır. Bunlar şöyledir:

Çokgen modelleme: 3 boyutlu uzayda tanımlı olan düğüm noktaları birbirlerine çeşitli doğrularla bağlanırlar. Bunlar birlikte bir çokgen modeli oluştururlar. Günümüzde en çok kullanılan modelleme yönetimidir. Bunun nedeni bilgisayarların bu modelleri çok kolay algılaması ve uygulamaya koyabilmesidir. Buna rağmen çokgen modellemelerde elde edilen model düzlemseldir. Bu nedenle de eğrisel görüntüler ancak doğrular kullanılarak belli yakınlıkta çizilebilir.

Eğrisel modelleme: Yüzeyler bu tarz bir modellemede eğriler ile ifade edilirler. Bu eğriler çeşitli noktaların kaynaştırılmasıyla ortaya çıkar. Bu noktalar eğriler üzerindeki hayali noktalardır. Her noktanın eğri üzerinde bir ağırlığı vardır. Noktanın ağırlığı arttıkça eğrinin o noktaya yakın olma ihtimali de aynı şekilde artar. Eğri tipleri non-uniform rational B-spline ifadesinin kısaltması olan NURBS yapılarını da içerir.

Dijital heykelleme: Modellemede son derece yeni olan bir sistemdir. Yaygınlaşmaya sadece son birkaç yılda başlamıştır. Dijital heykelleme farklı şekillerde yapılabilir. Yer değiştirme, hacimsel ve dinamik mozaik şeklinde olabilmektedir. Yer değiştirme ya da yerleştirme en yaygın kullanılan dijital modelleme türüdür. Bu sistemde resim görüntüsünün içerisinde gerekli noktalar alınarak heykelleme yapılır. Dijital modelleme ile ortaya konan modellerde çok güzel bir görüntü ortaya çıkar.

Modellemede kullanılan birçok değişik teknik vardır. Bu teknikleri gerçekleştirmek içinse birçok yazılım mevcuttur. Cinema 4D, Maya, Blender ve Solid Thinking en yaygın kullanılan uygulamalardır. Bunların yanında mühendislik tasarımlarında yoğun olarak kullanılan AutoCAD, SolidWorks ve Rhino programları da 3D tasarım için kullanılmaktadır. Daha komplike yapılar ise birden fazla sistemi kullanarak ortaya modeli koyar. Aynı modelde hem eğri, hem doğru hem de çokgen kullanılabilir.