3D-визуализация растительности

Авторы: Темеров Тимофей Владимирович

.

Рубрика: Технические науки

Страницы: 60-64

Объём: 0,27

Опубликовано в: «Наука без границ» № 6(34), июнь 2019

Скачать электронную версию журнала

Библиографическое описание: Темеров Т.В. 3D-визуализация растительности // Наука без границ. 2019. № 6(34). С. 60-64.

Аннотация: В статье рассматривается возможность применения 3D-моделей для визуализации объектов растительного мира. Дается описание процесса создания модели, возможности применения готовых моделей.

Растительный мир – это совокупность диких растений (наземных и водных), произрастающих в состоянии естественной свободы на территории государства, а также в пределах его континентального шельфа. Являясь одной из самых распространенных групп живых организмов, растения – объекты исследований, наблюдений и охраны (многие растения являются краснокнижными). В связи с огромным разнообразием и распространением ученые и работники разных структур нередко сталкиваются с проблемой идентификации растения. Для решения данной проблемы используются гербарии и фотографии. Гербарий служит не только документом, фиксирующим эталонные растения, по которым описан вид и его распространение в природе, но и позволяет изучать динамику развития флоры по изменению отдельных его компонентов. Поэтому гербарные коллекции постоянно пополняются, и производятся ревизии уже имеющихся образцов [1, с. 156].

Но такой подход не всегда является удобным в связи с низкой мобильностью, доступностью, хрупкостью и чувствительностью гербариев к температуре, влажности, вредителям и старению, а так же в связи с изменениями, происходящими с растением после его засушки, в основном связанными с изменением окраса и формы, что затрудняет различение похожих растений.

Рассмотрим возможность применения 3D-моделирования в редакторе «Blender» для визуализации объекта растительного мира на примере чабреца.

Blender – это бесплатное программное обеспечение для создания и редактирования трехмерной графики. Ввиду кроссплатформенности, открытого исходного кода, доступности и функциональности пакет получил заслуженную известность не только среди новичков, но и среди продвинутых 3D-моделеров. По мере развития программы ее выбирают в качестве рабочего инструмента для все более серьезных проектов, что неудивительно. По сути, это приложение практически не уступает по количеству возможностей и функционалу более продвинутым пакетам 3D-графики. И при этом все бесплатно [2].

Чабрец или тимьян ползучий (второе, известное всем название, которое можно назвать официальным) – это многолетник из семейства Яснотковые, который повсеместно применяется в народной и официальной медицине. Распространен в России, Крыму, Украине, Беларуси, встречается в южной части и в умеренном поясе Европы, на Кавказе, в Средиземноморье и в некоторых районах Средней Азии. Чаще всего растение можно встретить на лесных опушках, полянах, в степях и на каменистых склонах[3].

Видимая часть растения из стебля и листьев создавалась отдельно, стебель был выполнен из круга  (Shift + A, mesh), который экструдировался (E) в 3-х плоскостях, первая часть стебля копировалась несколько раз (Shift + D) с последующей деформацией и объединением, текстуры не применялись, вместо текстур использовалось создание нового материала с последующей покраской (рис. 1).

Рис. 1. 3D-модель стебля чабреца

Листья были выполнены из плоскости (Shift + A, mesh), которой была придана форма листа путем разделения плоскости на мелкие полигоны (Ctrl + R), затем путем свободной деформации листу была придана имитация неровностей, затем двухмерная модель экструдировалась по оси Z (E + Z) с последующим наложением текстур, взятых с фотоизображения растения (рис. 2).

Рис. 2. 3D-модель листьев чабреца

Последующим этапом было объединение 2-х готовых элементов, это наиболее кропотливый этап работы с использованием команд: копирование (Shift + D), масштабирование (S), поворот (R), создание полигонов на основе точек (F) (рис. 3).

Рис. 3. 3D-модель ветки чабреца

Для построения модели в редакторе «Blender» выполнялся набор следующих действий:

– Создание геометрической фигуры, горячая клавиша (Shift + A, mesh), основой большинства моделей являются простые геометрические фигуры: шар, куб, квадрат и другие, такими были построены основы для трубопровода, резервуара, фермы;

– Экструдирование, горячая клавиша (E) – создание новых полигонов через продолжение уже существующих; другими словами – выдавливание позволяет создавать новые полигоны, протягивая в плоскостях уже существующие;

– Масштабирование (S) – уменьшение и увеличение элементов фигуры;

– Поворот, горячая клавиша (R) – позволяет располагать выделенный объект необходимым образом относительно других;

– Создание полигонов на основе точек, горячая клавиша (F) – позволяет делать новые полигоны из вершин других полигонов, а так же служит для соединения полигонов, ребер и вершин;

– Разделение полигона, горячая клавиша (Shift + R) – дает возможность разделить 1 полигон на несколько меньших полигонов;

– Копирование объектов, горячая клавиша (Shift + D);

– Разделение плоскости на мелкие полигоны, горячая клавиша (Ctrl + R) – добавляет новые точки на отрезках и новые отрезки на полигонах;

– Применение модификаторов, например, simple deform, осуществляется из специальной вкладки [4; 5].

При большей детализации такая модель вполне может заменить гербарий, на данный момент существуют базы с огромным количеством различных объектов растительного мира, доработка моделей позволит визуально приблизить продукт компьютерной графики к реальным растениям. Плюсами компьютерных моделей растений являются их мобильность, доступность, так же устойчивость к внешним воздействиям и старению. По многим показателям, базу 3D-моделей растений можно сравнить с цифровым гербарием.

 В самом простом виде цифровой гербарий – это систематизированные графические файлы, представляющие собой электронную копию гербарных листов, выполненную с помощью цифровой камеры или сканера. Такой вид цифрового гербария имеет особенную актуальность для создания цифровых отпечатков редких и уникальных гербарных коллекций. Так, например, большой интерес среди флористов имеют цифровые копии Линнеевского гербария из коллекции МГУ, данные концепции можно совместить путем наложения текстур растения на 3D-модель, так же с помощью компьютерной графики можно воссоздать уже исчезнувшие виды растений и даже те, что дошли до нашего времени в ископаемом состоянии [6].

Модели растений могут найти свое применение в изыскательных работах, предшествующих строительству крупных промышленных объектов, для идентификации объектов растительного мира с последующей оценкой ущерба окружающей среде, в различных ботанических исследованиях. Так же возможно применение в образовательных процессах, в школах и ВУЗах, ведь с такой моделью можно работать почти как с настоящим растением.

Существует возможность проработки даже внутреннего устройства растения, что будет очень полезно для различных ботанических исследований, конечно, даже распечатанная модель не сможет полностью заменить оригинал моделируемого объекта, но позволит рассмотреть недоступные для изучения растения, произрастающие далеко от места нахождения исследователя. При помощи компьютерных технологий получится создавать целые цифровые ботанические леса и парки, как подобные существующим, так и те, что уже исчезли, подобные технологии применяются уже давно, для онлайн-энциклопедий, но представленные растения не являются объемными, а всего лишь являются двухмерным рисунком. Моделям можно найти применение в декоративном ремесле и краеведческой деятельности, так же распечатанную модель возможно использовать как экспонат.

Список литературы

1. Агаренков С.В. Растительный мир как особый объект охраны и защиты // Вестник Саратовской государственной юридической академии. 2013. № 2 (91). С. 156-160.

2. 3Ddevice. Краткий обзор бесплатного 3D-редактора  «Blender» [Электронный ресурс]. – Режим доступа: https://3ddevice.com.ua/blog/3d-printer-obzor/3d-redaktor-blender-obzor/ (дата обращения: 18.06.2019)

3. ЗдравОтвет. Азбука здоровья. Чабрец (тимьян): лечебные, полезные свойства и противопоказания, применение [Электронный ресурс]. – Режим доступа: http://zdravotvet.ru/chabrec-timyan-lechebnye-poleznye-svojstva-i-protivopokazaniya-primenenie/ (дата обращения: 18.06.2019)

4. Blender Wiki, документация пользователя, основная документация, уроки [Электронный ресурс]. – Режим доступа: https://wiki.blender.org/index.php/Doc:RU/2.4/Manual (дата обращения: 18.06.2019)

5. Дизайн, приемы работы в Blender [Электронный ресурс]. – Режим доступа: https://habrahabr.ru/post/273067/ (дата обращения: 18.06.2019)

6. Цифровой гербарий МГУ. О проекте «Цифровой гербарий» [Электронный ресурс]. – Режим доступа: http://cifra-herbarium.ru/?page_id=1 (дата обращения: 19.06.2019)

 

Материал поступил в редакцию 21.06.2019

© Темеров Т.В., 2019