فرآیند های طراحی بر پایه NURBS و Polygon

معرفی پالیگان و نربس (NURBS و Polygon)

با توجه به پیشرفت تکنولوژی نرم‌افزار های متنوع و گوناگونی به وجود آمده است که می توان با استفاده از آنها یک زیور را در کامپیوتر به صورت سه بعدی و یا دو بعدی طراحی کرد. این نرم افزارها از سیستم ها و فرایندهای متفاوتی برای طراحی استفاده می کنند. داشتن دانش درباره این فرایندها طراح را کمک می کند که برای رسیدن به طرح مدنظر و مطلوب خود مناسب ترین مسیر را طی کند و اطلاع داشته باشد برای طراحی هر کدام از آبجکت هابهتر است از کدام نرم افزار استفاده کند، هر کدام از نرم افزارهای سه بعدی بر پایه الگوریتم های متفاوتی طراحی را انجام می دهند برخی از آنها از NURBS ویا POLYGON و یا هر دو استفاده می کنند.

در بیست سال اخیر شاهد رشد چشمگیر در طراحی مدل های سه بعدی با استفاده از نرم افزار های گوناگون هستیم  صرف نظر از اینکه هر کدام از نرم افزارها چه امکانات و ویژگی هایی را در اختیار طراح قرار می دهد روش های طراحی در هر کدام از آنها متفاوت است.  روش های طراحی با توجه به منظور و هدف طراح می تواند متفاوت باشد. در یک دید کلی در سه مرحله طراحی (CAD)، مهندسی (CAE) و برای تولید (CAM) کاربر برای رسیدن سریعتر به هدف خود از سیستم های کامپیوتری استفاده میکند.

زمانی که طراح شروع به خلق اثری هنری می کند. با توجه به اینکه اثر هنری در دسته hard surface modeling قرار می گیرید یا جزو گروه oragnic modeling قرار دارد روش طراحی آن و مسیری که طراح طی می کند می تواند متفاوت است. منظور از hard suface حجم هایی هستند که به وسیله انسان ساخته شده اند و در طبیعت موجود نمی باشند از ویژگی آنها می توان به داشتن لبه های تیز اشاره کرد، مانند طراحی یک اسلحه و یا هواپیما. دسته بعدی شامل حجم هایی هستند که  organic  می باشد، آنها شکل هایی هستند که در طبیعت وجود داشتند و انسان در ساخت آنها مسئولیتی نداشته است، مانند درخت یا سر یک حیوان از ویژگی های آنها می توان به داشتن فرم هایی با لبه های نرم اشاره کرد، شما در این طرح ها اشکال چند ضلعی و یا لبه های تیز نمی بینید.

بسته به هدف طراحی، شکل، خصوصیات ظاهری و شرایطی که برای انگشتر یا مدل خود در نظر دارید. روش های طراحی آن می‌تواند متفاوت باشد. به صورت عمومی در طراحی به وسیله surface modeling  از الگوریتم های nurbs استفاده می شود، سال 1983 در شرکت بوئینگ برای اولین بار مفهوم nurbs  (Non Uniform Rational Basic-spline) از ترکیب 5 پارامتر به وجود آمد و روز به روز توانایی آن در طراحی فرم های مختلف بیشتر آشکار شد.

در nurbs ها شما با مجموعه ای از نقاط، خطوط و صفحه ها سر و کار دارید که با کنار هم قرار دادن آنها حجم های متفاوتی به وجود می آید. عموما در طراحی آبجکت های هندسی از آن استفاده می شود اندازه در این سبک از طراحی دارای مقدار مشخصی و دقیق هستند و تمامی خطوط دارای طول و جهت مشخص هستند و تمامی صفحه ها و چند صلعی ها دارای مساحت مشخص هستند. در طراحی فرم های ارگانیک از polygon ها استفاده می شود تعریف امروزی polygon متعلق به سال 1978 است. استفاده از اشکال سه ضلعی برای ایجاد فرم های ارگانیک برای اولین بار در صنعت انیمشین مورد استفاده قرار گرفت. دو نفر از مهندسین شرکت انیمیشن pixsar الگوریتمی ابداع کردن برای فرم های ارگانیک ابتدا از این الگوریتم برای طراحی کاراکتر های انیمیشن استفاده شد اما به مرور در زمینه های مختلف مورد استفاده قرار گرفتند.

ناگفته نماند برخی از افراد اعتقاد دارند به وجود آوردن اشکال پیچیده بوسیله مثلث ها و یا چند ضلعی ها مربوط به دوران حاضر نیست و مربوط به زمان شکوفایی هنر اسلامی است. امروزه می توان گفت شاخه polygon art  برپایه همین مفهوم است. پلیگان آرت یکی از زیر شاخه های هنر مدرن می باشد و در این هنر  با استفاده از مثلث ها در اندازه های مختلف تصاویر هنری خلق می شوند.

زمانی که وضوح چند ضلعی ها کم است (وضوح کم به معنی تعداد مثلث های کم و ابعاد بزرگ چند ضلعی ها است) لبه ها کاملا تیز است و اصطلاحا به آنها low poly می گویند و زمانی که وضوح تصویر بالا باشد، شاهد تراکم زیاد چند ضلعی ها هستیم و به نظر می آید لبه ها منحنی هستند در صورتی که در واقعیت این طور نیست، به آنها  high poly  می گویند.

نرم افزار های مختلفی بر پایه دو سیستم nurbs و polygon کار می کنند  برخی تنها از یکی از سیستم ها پیروی میکنند و برخی دیگر از هر دو این سیستم ها استفاده میکنند بطور مثال نرم افزاری مانند Auto cad فقط از nurbs ها استفاده میکند نرم افزاری مثل zbrush از polygon ها استفاده می کند و نرم افزاری مانند Rhinoceros بطور همزمان از  هر دو آنها استفاده می کند.

Nurbs

در نربز ها با مفاهیم خط، نقطه و صفحه سر و کار داریم جموعه ای از نقاط تشکیل دهنده خط ها هستند و خطوط باعث به وجود آمدن سطح ها می شوند. مثلا در برنامه MATRIX شما با استفاده از چند خط و اجرای دستورnetwork  شاهد  ایجاد یک سطح هستید.

در این سیستم هر کدام از نقاط دارای وزن مخصوص به خود هستند که تاثیری مستقیم بر روی خطوط می گذارد و همینطور درجه هر خط بسته به اینکه چه مقداری باشدتاثیرگذار بر روی سطوح است. در نرم افزار متریکس خطوط polyline  دارای درجه 1 ، دایره کمان و بیضی دارای درجه 2 و خطوط interpcurve  درجه 3 است و ما شاهد بیشترین توانایی برای انحنا و تغییر هستیم.

POLYGON

در پلیگان ها از سه ضلعی ها و یا چند ضلعی هایی استفاده می کنیم که تمام اضلاع آنها به صورت صاف و مستقیم بوده و هیچگونه انحنایی ندارد. سه ضلعی ها (مثلث ها )  ساده ترین اشکال فضای اقلیدسی هستند.کوچکترین واحد در پلیگان، مثلث ها هستند و اشکال پیچیده تر از ترکیب چند مثلث ایجاد می شوند. از نظر ریاضی هر سه نقطه که در یک راستا قرار ندارند تشکیل یک صفحه می دهند و به همین دلیل پلیگان ها از سطوح کاملا تخت تشکیل شده اندتعداد مثلث ها و چند ضلعی ها باعث می شود اشکال طراحی شده دارای وضوح بالا و یا پایین می باشند. تراکم چند ضلعی ها در یک شبکه توری باعث به وجود آمدن آبجکت مورد نظر می شود.

تفاوت Nurbs و polygon

• nurbs ها حجم فایل کمتری نسبت به polygon ها دارند.
• nurbs ها با قرار دادن چند خط منحنی اشکال پیچیده را می سازند اما در polygon ها برای رسیدن به اشکال پیچیده نیاز به تغییرات در ویرایش segment ها است.
• در nurbs ها از خطوط می توانند منحنی و یا مستقیم باشند در حالی که در polygonها لبه ها مستقیم و بدون انحنا است.
• تبدیل فرمت سیستم nurbs به  polygon  به راحتی اتفاق می افتد و معمولا برای این تبدیل دچار مشکل نخواهید شد در حالی که تبدیل polygon ها  به nurbs ها به سختی انجام می شود و نیاز به نرم افزار های مختلفی است و در برخی موارد امکان پذیر نیست.
• عموما برای اشکال ارگانیک  مانند درخت و یا بدن انسان و به طور کلی اشکالی که منشاء طبیعی دارند از polygon ها استفاده می شود.در حالی که برای طراحی اشکال  geometriy از نرم افزارهایی استفاده می شود که مفهوم خط و اندازه را بشناسد و با nurbs ها سر و کار داشته باشند
• شما در طراحی های بر پایه nurbs با خطوط با اندازه های مشخص سروکار دارید و مساحت آنها مشخص است در حالی که در طراحی بر پایه polygon کمتر آبجکت از نظر اندازه و ابعاد برای ما مهم هستند و بیشتر زیبایی بصری آن مد نظر قرار میگیرد.
• در صورتی که تمایل داشته باشید از مدل خود پرینت سه بعدی تهیه کنید باید حتما آنرا به مجموعه ای  از polygon ها تبدیل کنید پرینتر های سه بعدی مفهوم  nurbs را نمی شناسند.
• مدت زمان رندرینگ در polygon ها کوتاه تر از طرح های بر پایه nurbs  است و شما می توانید جزییات بیشتری از طرح خود را نمایش دهید.

این مقاله توسط صادق حبیب زاده طراحی و تدوین شده است.