Zapraszamy wszystkie osoby zainteresowane grafiką 3D, drukiem 3D, wydrukowaniem czegoś za pomocą drukarki 3D lub tylko rozmową we wtorek do pracowni informatycznej w sali 24 (niekoniecznie dopiero o 16:00).
Od początku roku szkolnego, we wtorki po południu, w stałym gronie kilku osób uczymy się modelowania, animacji i (ostatnio) druku 3D. Zajmujemy się praktycznie nieznaną technologią tworzenia grafiki komputerowej, która paradoksalnie otacza nas praktycznie nieustannie w codziennym życiu. W czasie zajęć używamy dostępnego na wolnej licencji programu Blender. Posiada on stosunkowo wygodny, choć dosyć skomplikowany interfejs graficzny i olbrzymie możliwości w zakresie modelowania, tworzenia rzeźb cyfrowych, renderowania i animacji. Dzięki temu jest bardzo popularny, a także dostępna jest ogromna ilość zasobów edukacyjnych ułatwiających naukę jego obsługi. Interfejs programu i jego ekran powitalny ilustruje poniższy rysunek.
Wbrew powszechnemu przekonaniu podstawowymi narzędziami do tworzenia grafiki komputerowej nie są dobrze znane programy do tworzenia i przetwarzania grafiki bitmapowej, takie jak Adobe Photoshop czy znany ze szkolnych zajęć GIMP. Programy takie doskonale nadają się do edytowania fotografii czy rysowania, natomiast praktycznie nie nadają się do tworzenia grafiki fotorealistycznej. Z grafiką taką mamy do czynienia powszechnie — wpatrując się w uliczne billboardy, przeglądając katalogi handlowe, czy oglądając filmy reklamowe nie zdajemy sobie sprawy, że nie oglądamy zdjęć istniejących obiektów, ale jedynie wizualizacje komputerowe, które je do złudzenia przypominają. Do tworzenia takich wizualizacji wykorzystuje się grafikę wektorową, odmienny sposób reprezentowania obrazu w komputerze oparty o wykorzystanie matematycznego opisu reprezentowanego obiektu. W przeciwieństwie do tradycyjnej grafiki bitmapowej – w której do reprezentacji płaskiego obrazu wykorzystuje się zbiór kolorowych punktów – w przypadku trójwymiarowej grafiki wektorowej modelowany obiekt jest reprezentowany za pomocą siatki (ang. mesh) wierzchołków (ang. vertexes) zlokalizowanych w trójwymiarowej przestrzeni, które odzwierciedlają jego kształt. Wierzchołki te połączone są między sobą krawędziami (ang. edges), które z kolei tworzą (pierwotnie trójkątne) ściany (ang. faces). Podstawowym zadaniem grafika przygotowującego model indywidualnego obiektu jest wytworzenie siatki wierzchołków, co ilustruje poniższy rysunek (z naszych zajęć).
W następnej kolejności do modelu matematycznego modelowanego obiektu dodaje się charakterystykę jego powierzchni – kolory, materiały, tekstury (mapy bitmapowe), a następnie dodaje się i konfiguruje źródła światła, z których program generuje tzw. render, czyli płaską reprezentacje obiektu z perspektywy obecnej w programie „kamery” (za pomocą której robimy „zdjęcia”). Jak wspomniano wcześniej w przypadku profesjonalnych realizacji, komputerowe rendery trójwymiarowych modeli są fotorealistyczne, czyli nieodróżnialne od zdjęć wykonanych za pomocą aparatu fotograficznego. W przypadku wykonywanych przez nas renderów można powiedzieć, że całkiem dobrze odzwierciedlają modelowany obiekt, co ilustruje poniższy rysunek.
Z uwagi na fakt, że istniejący model matematyczny obiektu można stosunkowo łatwo zmodyfikować, możliwe jest stosunkowo szybkie generowanie renderów reprezentujących różne stany modelowanego obiektu. Dzięki temu otrzymujemy wygodny i szybki sposób na tworzenie (fotorealistycznych) filmów i animacji. Przykładową, prostą animację stworzoną podczas naszych zajęć ilustruje poniższy rysunek.
Dysponując trójwymiarowym, matematycznym modelem obiektu możliwe jest stworzenie jego fizycznej reprezentacji za pomocą „drukarki” 3D, np. takiej jak drukarka Adventurer3 firmy FlashForge, którą dysponujemy w szkole.Urządzenie to pozwala na wytwarzanie przedmiotów poprzez nakładanie kolejnych warstw tworzywa (ang. filament), mającego pierwotnie postać drutu zwykle o średnicy 1,75 mm. Drut ten odwijany jest ze szpuli, a następnie wprowadzany za pomocą tzw. ekstrudera do hotendu, czyli miejsca w głowicy w którym następuje jego stopienie. Głowica drukarki 3D jest w ciągłym ruchu, dlatego też wypływające z niej płynne tworzywo – w naszym przypadku terpolimer akrylonitrylo-butadieno-styrenowy (ABS) lub poliaktyd (PLA) – jest nanoszone na kolejne miejsca na tworzonym przedmiocie, gdzie momentalnie zastyga. Procedurę ruchu głowicy podczas nanoszenia kolejnych warstw tworzonego przedmiotu wyznacza się za pomocą tzw. slicera, dedykowanego programu przekształcającego model trójwymiarowy w formacie STL na polecenia przesyłane do oprogramowania drukarki, tzw. g-code. Poniższe zdjęcie ilustruje przykład wydruku będącego efektem naszej pracy.
Podczas naszych kolejnych zajęć planujemy kontynuować nasza podstawową działalność w zakresie tworzenia typowej grafiki komputerowej za pomocą narzędzi 3D, a w szczególności animacji komputerowych. Chcielibyśmy jednak także zdobyć kompetencje i rozwinąć działalność interdyscyplinarną na pograniczu informatyki i innych dziedzin. Szczególnie interesuje nas biologia i medycyna. Ostatnio testujemy drukowanie ludzkiego serca (patrz poniżej), planujemy także drukowanie innych organów i elementów szkieletu.
Chcielibyśmy też nauczyć się konwertować pliki rejestrowane podczas obrazowania ludzkiego ciała (format DICOM) do zrozumiałego dla narzędzi graficznych 3D formatu STL, co umożliwiłoby nam drukowanie rzeczywistych narządów i elementów ludzkiego szkieletu. Rozmawialiśmy także na temat możliwej współpracy w zakresie wizualizacji i druku modeli cząsteczek chemicznych. Być może będą to także makrocząsteczki, takie jak np. wirusy. Szukamy innych dobrych, a najlepiej szalonych pomysłów na dalszą działalność w tej dziedzinie. Będziemy wdzięczni za wszelką, także czysto merytoryczną, pomoc.
