Come realizzare modelli 3D

21 Jun 2021
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I modelli 3D sono ovunque. Sono dietro ogni oggetto fisico che incontriamo e sono ampiamente utilizzati in vari settori. In questa guida tratteremo i metodi di modellazione 3D più popolari, dalla progettazione di un modello da zero alla digitalizzazione di un oggetto fisico con uno scanner 3D.

METODI
Modellazione parametrica, modellazione poligonale, scultura digitale, scansione 3D, fotogrammetria
SOFTWARE
Blender, Autodesk Maya, ZBrush, SOLIDWORKS, Artec Studio
MARKETPLACE
Sketchfab, Turbosquid, CGTrader, Quixel

Introduzione

Se non hai mai pensato a quanti modelli 3D ti stanno attorno, stai per iniziare a vedere il mondo sotto una luce completamente nuova. I modelli 3D sono nella televisione, in film e cartoni animati, pubblicità, videogiochi, social media, app mobili, VR e altro ancora. Ma non parliamo solo degli oggetti virtuali che vedi su uno schermo. La tazza che tieni in mano, la penna sulla tua scrivania, l’auto che guidi e la sedia su cui sei seduto? Molti oggetti fisici moderni che conosci una volta erano anche modelli 3D.

Ma come sono stati creati questi modelli?

In questo articolo, tratteremo le basi del processo di modellazione 3D e esamineremo i modi più popolari per creare modelli 3D: dal CAD e dalla modellazione poligonale alla scansione 3D. Discuteremo anche del software di modellazione più comune e condivideremo suggerimenti su quando è meglio progettare modelli da zero o utilizzare uno scanner 3D.

Iniziamo! Andiamo per ordine.

Cos'è un modello 3D?

Un modello 3D di una parte meccanica nel software di modellazione

Nella computer grafica, un modello 3D è una rappresentazione digitale di una superficie, o un oggetto, creato in un software specializzato. Rappresenta un corpo fisico utilizzando una raccolta di punti nello spazio 3D, collegati da varie entità geometriche come triangoli, linee, superfici curve e così via. In alcuni casi, un modello 3D può trasmettere le dimensioni, la forma e la consistenza di un oggetto. Il processo di creazione di questa rappresentazione è chiamato modellazione 3D.

Dove e come vengono utilizzati i modelli 3D?

I modelli 3D fanno parte di molte professioni creative. Ingegneri e progettisti utilizzano i modelli 3D come parte del loro processo di progettazione, sia per creare nuovi prodotti che per ridisegnare quelli esistenti. Gli architetti costruiscono modelli 3D per dimostrazioni visive di edifici, paesaggi e interni in aggiunta o al posto di modelli architettonici tradizionali.

I game designer utilizzano ampiamente la modellazione 3D come un modo per creare risorse e personaggi 3D per giochi su console, computer e dispositivi mobili.

L’attore austriaco Peter Simonischek ispeziona un busto realistico e stampato in 3D di se stesso sulla base di una scansione 3D

I produttori di film utilizzano modelli 3D per effetti speciali, come personaggi e per vari oggetti in immagini in movimento animate e dal vivo.

L’industria medica si affida a modelli 3D per visualizzare l’anatomia del corpo, creare soluzioni mediche personalizzate come protesi o ortesi, impianti dentali, per la visualizzazione dei risultati della chirurgia plastica e così via.

Preservare un piede di dinosauro Tyrannosaurus rex con uno scanner 3D

I settori della scienza e dell’istruzione li usano in vari modi, dalla conservazione di pezzi storici e archeologici alla visualizzazione di composti chimici, modelli geologici e molte altre cose.

I due modi principali per creare modelli 3D

Sebbene ci siano diversi modi per creare modelli 3D, la maggior parte di essi si riduce a due metodi di base: costruire un modello con un software di modellazione 3D o prendere un oggetto dal mondo reale e trasformarlo in un modello digitale utilizzando uno scanner 3D. Diamo un’occhiata ai vantaggi e agli svantaggi di entrambi i metodi e apprendiamo come determinare quale metodo è più adatto per la tua attività.

Metodo n. 1: modellazione 3D

Un designer industriale che lavora al prototipo di un nuovo prodotto

Il primo modo per creare modelli 3D è partire da zero utilizzando un software di modellazione 3D specializzato. Questo metodo è ampiamente utilizzato da professionisti di vari settori: ingegneri, designer industriali, architetti, artisti CGI e molti altri.

PUNTO CHIAVE:

Se hai bisogno di progettare qualcosa di completamente nuovo che non è ancora stato creato, la modellazione 3D è il modo perfetto per dare libero sfogo alla tua immaginazione e dare vita alle tue idee.

La cosa fantastica di questo metodo è che ti consente di progettare qualcosa che non esiste ancora — qualcosa di completamente unico come un nuovo componente per un’auto o una creatura fantasy in un videogioco — o qualcosa che esiste già ma non è disponibile per la scansione.

Ad esempio, se hai bisogno di un modello di un edificio di fama mondiale situato lontano da dove ti trovi, può essere molto più semplice ed economico creare un modello 3D da zero, utilizzando materiali di riferimento come foto e video, piuttosto che viaggiare in quel luogo e organizzare una scansione 3D (una sfida a sé quando si tratta di edifici storici!). Se hai bisogno di progettare qualcosa di completamente nuovo che non è ancora stato creato, la modellazione 3D è il modo perfetto per dare libero sfogo alla tua immaginazione e dare vita alle tue idee.

Esistono diverse tecniche di modellazione 3D e diversi software di modellazione in cui è possibile progettare un modello da zero. Tutto dipende dal particolare oggetto che si desidera creare e dall’applicazione prevista.

Modellazione parametrica

La modellazione 3D parametrica o CAD (Computer-Aided Design) è il metodo n. 1 utilizzato da ingegneri e progettisti per costruire modelli computerizzati realistici di parti e assiemi futuri. Quasi tutti i prodotti moderni con cui interagiamo quotidianamente sono stati creati utilizzando la modellazione CAD 3D.

Progettazione di un modello 3D in software CAD

Con questo metodo, un designer crea un modello 3D di un oggetto che può avere tutti gli stessi parametri di un oggetto fisico reale: materiale, peso, dimensioni, parametri ottici, parametri fisici, ecc. Questi modelli possono essere quindi stampati in 3D o lavorati a macchina CNC, nonché utilizzati per eseguire simulazioni complesse. Ad esempio, è possibile assemblare diverse parti per vedere come si adattano insieme, testare come reagiranno alle forze applicate ad esse, monitorare come dei fluidi le attraverseranno, valutare come saranno prodotte utilizzando simulazioni e altro ancora.

Modellazione poligonale

Questa tecnica di modellazione è al centro di quasi tutti i videogiochi o film di fantascienza che abbiate mai visto o giocato. Un modello poligonale è costituito da poligoni: forme piatte, bidimensionali, triangoli o quadrati che l’artista modifica per costruire una mesh 3D. A differenza della modellazione CAD, questa tecnica è più basata sul concetto che sulla misurazione. Gli studi di animazione e i videogiochi utilizzano la modellazione poligonale per progettare qualsiasi cosa, dai personaggi di film e giochi a varie risorse 3D come armi, armature, veicoli e interi mondi virtuali.

Un modello a rete poligonale di un’auto

Scultura digitale

Questo metodo, utilizzato anche dagli artisti 3D nei giochi e nei film di animazione, funziona meglio per creare oggetti iper realistici con forme organiche e morbide. Viene anche utilizzato per la creazione di modelli prototipo per il design, gli schizzi e la stampa 3D. Il processo è molto simile alla scultura con materiali reali come l’argilla o la pietra. Usando strumenti di scultura simili a pennelli puoi manipolare la mesh poligonale di un oggetto, spingendo, tirando e torcendo varie parti della sua geometria o aggiungendo geometria extra per imitare una struttura organica. La scultura digitale richiede ancora più abilità artistiche — ed è più meticolosa e richiede tempo — rispetto alla modellazione poligonale. Ecco perché in molti casi entrambi questi metodi vengono utilizzati insieme: prima l’oggetto viene modellato, quindi inviato a uno scultore 3D per i dettagli per poi prendere la sua forma finale.

Progettare un personaggio di uno show televisivo con un software di scultura digitale

Qualunque sia il metodo che desideri utilizzare è importante scegliere il software di modellazione giusto che disponga di tutti gli strumenti necessari per aiutarti a creare il tuo modello 3D.

Miglior software di modellazione 3D per principianti

Se hai appena iniziato e stai cercando il miglior software per la modellazione 3D, abbiamo alcuni ottimi consigli per te.

Prima di tutto, prova Blender. Oltre al fatto che è gratuito, viene fornito con molti tutorial, una forte comunità ed è nel complesso un software ideale per i principianti. Questo software di computer grafica 3D open source è adatto a tutto, dagli effetti visivi alla stampa di modelli 3D, dalle applicazioni interattive ai videogiochi.

Per i professionisti e gli utenti più avanzati, i programmi software con funzionalità specifiche per ogni fase della post-elaborazione potrebbero essere più adatti a te. Dai un’occhiata ad Autodesk Maya, più comunemente noto come Maya. A causa della sua interfaccia utente altamente personalizzabile, questo software è uno dei preferiti nell’industria dei videogiochi, così come per quelli che si occupano di modellazione 3D o animazione 3D. Potrai provarlo per un mese prima di prendere qualsiasi decisione a pagamento.

Modello 3D di un drago in ZBrush

In alternativa, prova 3ds Max, che anche include una prova di un mese. Specializzato nella modellazione dei personaggi, l’animazione e il rendering iperrealistico degli oggetti scansionati, è eccellente per la velocità e la facilità d’uso.

Se stai cercando un software per la scultura digitale, prova ZBrush. ZBrush è meglio conosciuto per la sua capacità di lavorare con modelli ad alto numero di poligoni con una tonnellata di poligoni ed è fantastico se abbinato ad Artec Studio. Alternative simili includono 3D-Coat o Autodesk Mudbox.

Se stai cercando un software di modellazione CAD, considera SOLIDWORKS, lo standard del settore nel software di progettazione meccanica. SOLIDWORKS viene utilizzato da ingegneri e progettisti per la modellazione di parti e l’assemblamento di modelli e include funzioni di simulazione, nonché strumenti di disegno e assiemi. Altri software CAD da considerare sono AutoCAD, Fusion 360 o Rhinoceros.

Queste opzioni sono la scelta standard per molti studi cinematografici e quando stai cercando di creare un modello 3D, probabilmente ti ritroverai a lavorare con almeno uno di questi nomi.

Metodo n. 2: scansione 3D

Scansione 3D dell’albero motore di un motore a combustione interna con uno scanner 3D a luce strutturata

Il secondo modo per creare modelli 3D è la scansione. A differenza della modellazione CAD o poligonale che consente di progettare un modello completamente da zero, questo metodo consente di creare una copia digitale esatta di un oggetto reale, una persona o un ambiente, utilizzando uno scanner 3D. Questo metodo può essere utilizzato da solo, ma più spesso come aggiunta al flusso di lavoro di modellazione esistente, ovvero per scansionare qualcosa che verrà ulteriormente caricato nel software CAD per riprogettarlo o ispezionarlo, o nel software di modellazione poligonale o scultura per ulteriori ritocchi e editing.

PUNTO CHIAVE:

A differenza della modellazione poligonale che consente di progettare un modello da zero, la scansione 3D consente di creare una copia digitale esatta di un oggetto reale, una persona o un ambiente. Questo metodo può essere utilizzato da solo, ma più spesso come componente aggiuntivo del flusso di lavoro di modellazione esistente.

Il processo di scansione 3D varia in base alla tecnologia su cui è costruito lo scanner. Esistono scanner 3D a luce strutturata, scanner basati sulla triangolazione laser, scanner laser a tempo di volo e altri. Anche alcuni smartphone e tablet oggi possono essere utilizzati come scanner grazie ai sensori integrati o aggiuntivi che consentono loro di vedere il mondo in 3D. Indipendentemente dalla tecnologia utilizzata, il risultato finale di qualsiasi scanner 3D è lo stesso: un modello 3D di un oggetto reale che può essere utilizzato in una miriade di modi, dal CAD al reverse engineering, dall’ispezione di qualità alla conservazione del patrimonio, dalla CGI a molto altro ancora.

Diamo un’occhiata ad alcuni esempi di come la scansione 3D può essere utilizzata insieme alla modellazione 3D tradizionale.

Scansione 3D per CAD

Uno dei modi in cui è possibile utilizzare la scansione 3D è acquisire le informazioni geometriche esatte su un oggetto che deve essere analizzato, retro ingegnerizzato o ispezionato per eventuali difetti o deviazioni da un modello CAD o da uno schizzo originale. È particolarmente utile quando non si ha accesso ai file CAD 3D o 2D iniziali di un prodotto. Invece di passare ore a creare il modello da zero, puoi semplicemente scansionarlo e visualizzarlo sullo schermo in pochi minuti. Non solo sarà più veloce ma anche più preciso rispetto all’utilizzo di tecniche di modellazione tradizionali o tecniche di misurazione basate sul contatto come le CMM.

Scansione di una parte meccanica per il reverse engineering utilizzando una piattaforma girevole e uno scanner 3D

Oltre alla possibilità di replicare un oggetto in 3D, gli scanner 3D ci consentono anche di creare soluzioni personalizzate che non sarebbero state possibili con la modellazione tradizionale. Ad esempio, medici e professionisti del settore medico utilizzano la scansione 3D per progettare soluzioni per i loro pazienti in base ai parametri corporei individuali, come una sedia a rotelle personalizzata basata sulla scansione della colonna vertebrale del paziente, una suola personalizzata o una gamba protesica progettata su misura.

Scansione 3D per la modellazione e la scultura poligonale

Gli scanner 3D sono anche uno strumento di riferimento quando è necessario ottenere un alto grado di fotorealismo, cosa non sempre possibile con la modellazione o la scultura poligonale. Molti studi videoludici specializzati in giochi sportivi utilizzano scanner 3D per scansionare i volti di atleti famosi in modo che i loro personaggi 3D appaiano più realistici possibile. Gli studi cinematografici si affidano a scanner 3D quando devono progettare risorse 3D iperrealistiche come armi o veicoli o quando devono creare un personaggio basato sull’aspetto di un vero attore. Invece di passare ore a progettare queste cose da zero, scansionano oggetti o persone reali con uno scanner e caricano i modelli per ulteriori modifiche nel loro software di progettazione 3D preferito.

Modifica di un modello 3D di un personaggio di un FPS catturato con uno scanner 3D

Fotogrammetria

In alcuni casi, oltre alla scansione 3D e alla modellazione 3D, alcuni professionisti si rivolgono a un altro metodo di modellazione: la fotogrammetria. Questo metodo è simile alla scansione 3D in quanto consente di creare un modello 3D di qualcosa che esiste nel mondo reale scattando più foto con una fotocamera (o più fotocamere) e unendole tutte insieme.

Un esempio di impianto fotogrammetrico multicamera per la scansione 3D di tutto il corpo

Questo processo rispetto alla scansione 3D, tuttavia, richiede più tempo in quanto è necessario eseguire centinaia di scatti per catturare l’oggetto da tutti i lati. Inoltre non costruisce il modello in tempo reale come fanno gli scanner 3D, il che ti impedisce di vedere se qualcosa è andato storto e quindi di essere in grado di cambiarlo in corso d’opera.

Il vantaggio principale dell’utilizzo della fotogrammetria è la sua capacità di riprodurre un oggetto con una qualità della texture particolarmente elevata, meglio della maggior parte degli scanner 3D. Tuttavia, lo svantaggio di questo metodo è che non è altrettanto preciso. Per i migliori risultati sia nella texture che nella geometria, si consiglia di utilizzare scanner 3D e fotogrammetria in tandem.

Mercati per l’archiviazione e la vendita di modelli 3D

Una volta che il tuo modello 3D è pronto, ci sono diversi modi per usarlo e condividerlo. Se stai creando un modello per uso interno, puoi salvarlo sul tuo computer o caricarlo su un servizio di condivisione file, come Dropbox. Tuttavia, se desideri condividerlo con qualcuno che potrebbe non avere un software 3D compatibile per visualizzarlo, potrebbe essere una buona idea caricarlo su un sito Web in cui non solo puoi memorizzare i tuoi modelli, ma consentire ad altre persone di visualizzarli o scaricarli.

Esistono molti siti Web per l’archiviazione e la vendita di modelli 3D. Alcuni di essi, come Sketchfab o Kraken di Turbosquid, ti consentono di creare le tue raccolte di modelli sia per la visualizzazione pubblica che privata. Ad esempio, in Sketchfab, puoi non solo caricare un modello così com’è, ma anche regolare l’illuminazione e altri parametri e ottenere un codice di incorporamento in modo da poterlo pubblicare su un sito web come faresti con un video di YouTube o un tweet.

Alcune di queste piattaforme, tra cui Sketchfab, Turbosquid, CGTrader e Quixel, ti consentono non solo di archiviare modelli 3D, ma di venderli a persone che potrebbero essere interessate a loro. I motori di gioco come Unity e Unreal Engine hanno i propri mercati di modelli 3D in cui gli sviluppatori di giochi possono acquistare risorse 3D per i loro giochi.

Gli sviluppatori dei più diffusi software di modellazione e progettazione 3D come Autodesk hanno i propri siti di visualizzazione 3D dove è anche possibile caricare modelli 3D direttamente dal software. Allo stesso modo, è possibile fare lo stesso con software di scansione 3D come Artec Studio, che consente di esportare il modello 3D finale nel suo visualizzatore 3D nativo ViewShape

Conclusioni

Come puoi vedere, ci sono vari modi per creare modelli 3D. Nei casi in cui sia necessario modellare qualcosa che non esiste o qualcosa di completamente nuovo, probabilmente vorrai progettarlo con un software di modellazione 3D. Tuttavia, se hai bisogno di modellare qualcosa che già esiste, considera la scansione 3D. Non solo puoi risparmiare tempo e fatica, ma otterrai risultati precisi che potresti non ottenere mai con gli strumenti di modellazione convenzionali.

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Written by: 

Svetlana Golubeva

Giornalista tecnico

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