Grafičko 3D modeliranje pomoću alata Blender i SketchUp

zoran_hercigonja

Zoran Hercigonja

Sažetak

Informatička pismenost ne podrazumijeva samo uspješno korištenje aplikacija za obradu teksta ili slike kreativno nizanje programskog koda, već i pismenosti na području grafičkog modeliranja. Razvoj estetskih vrijednosti te poticanje razvoj kulture stvaranja je isto tako dio informatičkog opismenjivanja. Upravo stvaralačke i dizajnerske vještine učenici će steći kroz razvoj kutlure stvaranja. Stoga je ovim radom dati prikaz upotrebe dva besplatna alata za grafičko modeliranje odnosno za izradu 3D modela. Učenici su sa svojim vlastitim iskustvima i radom u aplikacijama Blender 2.74 te SketchUp 2016 pokazali preciznost i stvaralačko dizajnerske vještine. Također grafičkim modeliranjem, učenici usvajaju koncept apstraktnog razmišljanja koji je potreban za savladavanje problematike rada i stvaralaštva u 3D modeliranju i računalnoj grafici.

Uvod

Računalna znanost često biva shvaćena kao čisto programski orijentirana znanost to jest znanost orijentirana na isključivo pisanje programskog koda. Programiranje je doista ključno za informatičku znanost jer se pomoću njega stvara niz korisnih aplikativnih softvera za svakodnevnu i širu upotrebu. Brojne aplikacije, rezultat su promišljenih i osmišljenih algoritama napisanih u nekom od poznatih programskih jezika. No računalo se ne koristi samo za pisanje programskog koda ili za računanje. Jedna od vrlo zahtjevnih uloga računala je i crtanje pomoću računala odnosno grafičko modeliranje. Stvaranje gotovih modela koji se primjenjuju u različitim simulacijama i animacijama, spada među najzahtjevnije oblike bavljenja računalnom grafikom. Posebno teško je postići visoko realne reprezentacije objekata zbog velikog broja faktora koji utječu na izgled završnog modela. Crtanje pomoću računala (grafičko modeliranje) omogućava da se kreirani 3D modeli dijelova i sklopova, u skladu s pravilima tehničkog crtanja prevedu u 2D projekcije.[1] Takvi modeli se najčešće koriste u industrijama u svrhu provođenja određenih simulacija i testiranja nekog procesa ponajviše zbog racionalne upotrebe materijala. To znači da se na vjerodostojnom grafičkom modelu mogu testirati uvjeti iz okoline i na taj način uštedjeti resursi. Dakle modeliranje predstavlja proces kreiranja površina s trodimenzionalnim svojstvima unutar računala, radi kasnijeg renderiranja u sliku ili niz slika.[2] Kod 3D modeliranja je bitno da se stvori model vjerodostojan stvarnom objektu iz okoline. Modeliranje spada među najzahtjevnije oblike bavljenja računalnom grafikom i vizualizacijom, posebno radi toga što je teško postići realne prikaze objekata, zbog velikog broja parametara koji utjeću na izgled završnog modela ili renderera.[2] Za ostvarenje grafičkog modeliranja, postoji mnoštvo alata poput Autodesk ImageModeler-a i Photo Scene editor-a. Naravno to su profesionalni komercijalni alati. Kod upotrebe alata u eduakcijske svrhe, naglasak je da su alati besplatni. U tu svrhu u radu su korišteni besplatne inačice alata Blender 2.74 i SketchUp 2016. Grafičko modeliranje je vrlo zahtjevno računalno umijeće baš poput programiranja. Programiranje samo za sebe podrazumijeva određeni specifični način razmišljanja i izražavanja vlastitih ideja. Grafičko modeliranje ili izrada 3D modela je isto tako jedan važan vid izražavanja stvaralačkih ideja i razmišljanja. Osim toga učenik time stječe osjećaj za estetiku čime se usvjajaju vrijednosti estetskog odgoja, zatim razvoj kulture stvaranja. Grafičko modeliranje ima u računalnoj znanosti važan udio digitalne pismenosti kao i programiranje. U radu su prikazani rezultati korištenja dva besplatna alata za grafičko modeliranje ili 3D modeliranje.

Alati za 3D modeliranje

U svrhu izrade 3D modela, odabrana su dva alata za grafičko modeliranje 3D modela. To su besplatni alati Blender 2.74 i SketchUp 2016. Iako je jedan od kriterija za odabir alata bio taj da je alat besplatan, veći naglasak je stavljen na izradi kvalitetnog 3D modela te jednostavno rukovanje alatom. To su bili kriteriji odabira alata. Konzultirajući preporuke i ocjene korisnika pojedinih besplatnih alata za 3D modeliranje, odabrani su Blender 2.74 i SketchUp 2016. Vjerodostojni opisi iskustava korisnika u radu s ovim alatima opisanim na internetu bili su razlog zašto su baš odabrana ova dva alata. Naravno osim spoemnutih alata za 3D modeliranje postoje i drugi bespaltni alati poput Softimage|XSI Mod Tool i K-3D. No opisi njihovih svojstava nisu odgovarali kriterijima jednostanog rukovanja i izrade kvalitetnog 3D modela.

Blender 2.74

Blender je open source paket koji se pretežito koristi za izradu animiranih filmova, vizualnih efekata, 3D modeliranje, izradu 3D modela za printanje na 3D printerima, te u industriji koja se bavi izradom računalnih igrica [3]. Nudi široki spektar alata, uključujući modeliranje, renderiranje, animacije, video uređivanje, VFX compositing, mnoge vrste simulacije i igre stvaranja [4]. Moguće ga je preuzeti ovdje bez prethodnih registracija ili prijava. Blender 2.74 alata za 3D modeliranje predstavlja desktop inačicu alata. To znači da prije rada s njime, potrebno je instalirati ga na vlastito računalo, a tek nakon instalacije pokrenuti. Sam proces instalacije je vrlo kratak i traje nekoliko minuta. Vrlo zapanjujuća činjenica je da Blender 2.74 ima svega 115 MB kada se instalira. Jako mali program, no moćniji od nekih koji su i 10-20 puta veći od njega. Blender podržava više platofrmi to jest operacijskih sustava. Moguće ga je instalirati na na Linux, Mac OS X, MS Windowse i FreeBSD (na 32 i 64 bitne verzije).

clip_image002Slika 1. Blender 2.74. glavno sučelje

clip_image004Blender dolazi s internim sustavom za renderiranje, mogućnošću osjenčavanja objekata, dodavanja sjena i ambijenta kako bi se dobio što bolji dojam. Osim alata za modeliranje, Blender donosi i alate za animiranje, simuliranje dinamičkih događaja, alate za izradu efekata. Moguće ga je koristiti i u kombinaciji s programskim jezikom Python za pisanje skripti, logike za igrice, skripte za importanje/eksportanje datoteka, konverziju iz jednog formata u drugi.

Slika 2. Kartica Create s geometrijskim tijelima

Glavno sučelje prikazano na slici 1 sastoji se od tri ključne komponente. Prva komponenata se nalazi s lijeve strane u stupcu s karticama Tool, Create, Relations, Animation, Physics. Te kartice služe prvenstveno za manipulaciju 3D objektima poput dodavanja veza, stvaranje animiranih pokreta, dodavanje novih 3D objekata ili dodavanej sjena i svjetline. Na slici 2 je primjerice prikazana jedna kartica Create s gotovim geometrijskim tijelima. Važno je za napomenuti da Blender 2.74 ima deset gotovih geometrijskih tijela nad kojima je moguće vršiti oblikovanja i manipulacije.

clip_image006
Slika 3. Alatna traka za oblikovanje 3D modela

Drugi bitan dio ove aplikacije je alatna traka za oblikovanje ili editiranje. Na njoj se nalaze opcije prikaza pojedinog objekta. Moguće je odrediti kuteve nagiba pojedinog objekta, stvoriti prikaz sa strukturom, prikaz s odabranim materijalom, odrediti pogled kroz objekt s takozvanim X-ray zrakama. Alatna traka pruža i mogućnost oblikovanja objekta preko clip_image008takozvane mreže. Cijeli objekt se prekrije mrežom. Ta mreža objekt raspodijeli na niz malih kvadratića koje je moguće samostalno oblikovati i mijenajti u skladu s potrebama. Alatna traka pruža i mogućnost slobodne transformacije ili transformacije pomoću upisivanja parametara.Tako upisivanejm preciznih parametara, korisnik može odrediti radijus kruga, visinu pojedinog brida kocke ili piramide. Na traci se nalaze i alati za precizno produljivanje ili sužavanje objekta po tri osi koordinatnog sustava (x, y, z).

Slika 4. Povijest svih aktivnosti i objekata

Treći i najvažniji dio ovog alata podrazumijeva popis svih događaja to jest aktivnosti i korištenih objekata. Dakle sve aktivnosti i svi korišteni elementi i objekti su prikazani na jednom popisu kojeg možemo nazvati povijest događaja. Na tom popisu možemo preimenovati pojedini objekt, izbrisati određeni događaj ili jednostavno prnaći odreeni objekt ukoliko dođe do konfuzije na radnoj površini.

SketchUp 2016

SketchUp 2016 je besplatna inačica alata za 3D modeliranje a koristi se u arhitekturi, uređenju interijera, civilnom i mehaničkom inženjerstvu, filmovima, gaming industriji [5]. Kao i Blender 2.74 i SketchUp 2016 je desktop inačica koju je potrebno instalirati prije clip_image010konačnog pokretanja i korištenja. Podržava rad na vieš platformi poput Windows 7, Winows 8, Windows 10, Linux i Mac OS operativnim sustavima. Veličina datoteke prilikom preuzimanja iznosi 124,40 KB. Kao besplatna inačica prije preuzimanja zahtijeva registraciju, unos e-mail adrese te drugih osobnih podataka (vidi slika 5).

Slika 5. Obrazac registracije za preuzimanje SketchUp 2016

Nakon ispunjenja obrasca za registraciju potrebno je potvrditi pristiglu e-mail poruku od clip_image012administratora SketchUp stranice. Potvrdom te poruke, započinje proces preuzimanja aplikacije. Postupak instalacije nije zahtjevan i zahtijeva osrednje znanje za instalaciju i pripremu aplikacije za rad.

Slika 6. Radno sučelje SketchUp 2016 aplikacije

Sučelje ove apliakcije (slika 6) je vrlo jednsotavno i intuitivno za korištenje. Sastoji se od radne površine koja je zaznačena trima osima koordinatnog sustava (x, y, z) te alatne trake pri vrhu sučelja aplikacije.

clip_image014
Slika 7. Alatna traka SketchUp 2016 aplikacije

Alatna traka se sastoji od nekoliko glavnih skupina alata. U prvu skupinu pripadaju alati za kreiranje i crtanje. Tu se nalaze alati za crtanje geometrijskih likova poput poligona, kruga i pravokutnika, zatim alati za crtanje kuteva i polukrugova. Važno je nclip_image016aglasiti da SketchUp 2016 nema gotovih 3D objekata odnsno geometrijskih tijela poput Blender 2016 alata (vidi slika 8).

Slika 8. Grupa bazičnih geometrijskih likova

Bazični objekti kojima raspolaže su geometrijski likovi koje je moguće zatim oblikovati pomoću druge skupine alata. Druga skupina alata podrazumijeva alate za oblikovanje. U prvom redu to je alat za izvlačenje baze geometrijskog lika po z-osi koordinatnog sustava. Uz njega nalazi se alat za određivanje debljine unutarnjeg zida nego objekta. U istoj grupi alata , anlazi se i oblikovanje naziva Scale koje omogućava ukošavanje čitavih objekata ili pojedinih zidova isith objekata. Treća grupa alata su alati za izmjere, indeksirano označavanje, bojanje i prostornu manipulaciju objektima i radnom površinom. Uz alate treba spomenuti i precizan unos koordinata pojedinog objekta unosom vrijendosti u x,y,z os koordinatnog sustava.

Provedeno testiranje i rezultati

Metode i materijali

Cilj provođenja ovog istraživanja je bio razvoj preciznosti i vještina stvaranja vjerodostojnog modela koji odgovara stvarnom objektu. Uz to cilj je isto tako bio poticanje razvoja kulture stvaranja i utvrđivanje digitalne pismenosti na području grafičkog modeliranja. Učenici vrlo često potcjenjuju proces 3D modeliranja i ne razumiju da je za stvaranje vjerodostojnog modela potrebna vrlo visoka preciznost i puno apstraktnog razmišljanja koje njima nedostaje. Istraživanje je provedeno u sklopu izbornih sati nastave informatike nad grupom učenika 1, 2, 3 i 4 razreda. Radilo se o mješovitom razredu na izbornoj nastavi infrormatike. U radu je sudjelovalo ukupno dvadeset (20) učenika podijeljenih u dvije grupe od po deset (10) učenika. Grupe su se sastojale od učenika s osrednjim znanjem modeliranja. Zapravo znanje učenika je bilo više usmjereno znanju rada u Photoshop, Gimp i Paint apliakcijama. Svaka grupa je radila u jednom alatu. No unutar manje grupe od 10 učenika, učenici su radili u parovima. Za provedbu cjelokupnog rada, bilo je potrebno šest (6) školskih sati od čega je dva sata otpalo na upoznavanje i učenje osnovnih funkcionalnost rada s aplikacijama Blender 2.74 i SketchUp 2016. Četiri sata (4) je utrošeno na izradu rješenja zadatka. Zadatak je bio jednak za sve učenike. Svi učenici su trebali u jednom od dva alata izraditi 3D model šalice za kavu držeći se precizno zadanih mjera. Mjere su bile slijedeće: Dno šalice promjera = 0.8 centimetara, visina tijela šalice = 3,5 centimetara, izbočenost tijela šalice radijusa 1.05 centimetara i otvor šalice 0.9 centimetara. Šalica mora imati ručku saviejnu u obliku slova C debljine 0.2 centimetra.

Rezultati

Učenici su vrlo uspješno obavili zadatak u trajanju od 4 školska sata. Predviđena 4 školska sata su bila dovoljn za izradu ovog modela. Modeli šalice su kreirani prema točno određenim kriterijima i mjerama. Učenici u obje grupe, pokazali su iznimnu razinu strpljenja i preciznosti kod izrade 3D modela. Intervencije nastavnika prilikom izrade zadatka su bile minimalne, a ticale su se prvenstveno tehničkih pitanja oko pokretanja aplikacije i spremanja datoteka. Učenici su bili vrlo motivirani i kreativni u radu s ovim apliakacijama što pokazuje da je nekolicina koja je završila model šalice željela samoinicijativno krenuti kreirati nove modele poput tanjurića i žlice, ali to nije bilo obuhvaćeno u predviđenom vremenu. Tu bi se sa suigurnošću moglo reći da su počeli razvijati kulturu stvaranja i usvajati estetske vrijednosti.

clip_image018
Slika 9. Model šalice izrađen u Blender 2.74

Učenici koji su radili u Blender 2.74 aplikaciji, bili su vrlo snalažljivi i promišljeni. Naime radili su na način da su uzeli gotovo geometrijsko tijelo (valjak) i potom ga oblikovali putem zadanih mjera. Učenici koji su radili u Blenderu izjavili su da je bilo iznimno lako oblikovati šalicu zbog opcije prekrivanja objekta mrežom. Objekt prekriven mrežom, bio je podijeljen u splet čvorova što je omogućilo izglađivanje rubova i precizno oblikovanje modela.

clip_image020Slika 10. Model šalice izrađen u SketchUp 2016

Učenici koji su radili u SketchUp 2016 aplikaciji, suočili su se s problemom oblikovanja pojedinih dijelova šalice. Morali su raditi dio po dio šalice i na kraju ga spojiti u cjelinu. Učenici su u SketchUp 2016 gradili model od dna prema vrhu. Svaki dio koji su izvukli iz bazične strukture, morali su oblikovati preciznim određivanjem mjera. To je bilo malo otežavajuća okolnost u odnosu na način rada u Blender 2.74 aplikaciji. Izuzev poteškoća obje grupe učenika su stvorile vjerodostojni model šalice za kavu. Pri određivanju kvalitete pojedine aplilkacije, učenici su se složili da je Blender 2.74 aplikacija kvalitetnija zbog mnoštva mogućnosti kojima ne raspolaže SketchUp2016.

Zaključak

Izrada 3D modela u aplikacijama Blender 2.74 i SketchUp 2016 pokazala je zadovoljavajuće rezultate. Postignuta je zadovoljavajuća razina motiviranosti učenika za rad i kulturu stvaranja. To se najbolje vidi kod učenika koji su nakon izrade modela šalice samoincijativno htjeli krenuti na izradu 3D modela tanjurića i žlice. Učenci su vrlo precizno izradili modele držeći se svih propisanih mjera određenih zadatkom. Osim što su proširili znanja iz 3D modeliranja, učenici su usvojili i vrline strpljivosti i preciznosti. Osim toga stvorili su i specifičan ančin apstraktnog razmišljanja što je vidljivo kod učen ika koji su radili u apliakciji SketchUp2016 gdje su vrlo snalažljivo šalicu izgrađivali dio po dio koji su morali vrlo precizno nadograditi na prethodni dio i spojiti u cjelinu a da se pritom ne vide spojevi ni utori. Učenici su osim stečenih vještina 3D modeliranja i proširili svoja znanja iz područja dizajna.Što se tiče samih aplikacija, pokazale su se izrazito korisnim i kvalitetnim, a Blender 2.74 apliakcija je bila ocjenjena kao vrlo kvalitetna apliakcija za 3D modeliranje zbog mnoštva mogućnosti koje nisu podržane u SketchUp 2016 apliakciji. U svrhu popularizacije 3D modeliranja, bilo bi potrebno kreirati online apliakcije za 3D modeliranje kojima bi se moglo pristupiti bez pirpreme i instalacije na određenu platformu.

Popis literature

  1. Nurdin Č., 3D modeliranje zaštitne navlake, dekorativnog poklopca, držača ručice i ručice automobilskog mjenjača [pristupano 26.07.2016.]
  2. Baričević S., Žižić I. 3D modeliranje i generiranje oblaka točaka pomoću Autodesk ImageModeler-a i Photo Scene editor-a [pristupano 26.07.2016.]
  3. PC CHIP-stranica s najpopularnijim bespaltnim softverima za 3D modeliranje [pristupano 26.07.2016.]
  4. Službena stranica Blender 2.74 alata [pristupano 26.07.2016.]
  5. Službena stranica SketchUp 2016 [pristupano 26.07.2016.]