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Non è la prima volta che parlo di modellazione 3D: avevo già accennato l’argomento nell’articolo sulla prototipazione, ma oggi vorrei approfondire ed esprimere l’enorme complessità che c’è all’interno di questo settore. Che no, non è univoco per tutte le sue applicazioni!
La modellazione tridimensionale del progetto è un ottimo strumento per prevedere la resa finale di un prodotto, valutarlo in anticipo e individuare eventuali problematiche già da prima della sua realizzazione.
Quando si parla di modellazione 3D (a volte anche grafica o progettazione 3D, nonostante le terminologie ad oggi indichino settori diversi) si intende quel processo che definisce una qualsiasi forma tridimensionale, generata mediante un computer in uno spazio virtuale, servendosi di particolari software di modellazione 3D.
Non siamo neanche negli anni ’70: la prima modellazione 3D avviene in ambito industriale. Da quel momento ebbe uno sviluppo eccezionale, anche fuori dall’ambito tecnico.
La fase della modellazione è la prima di una serie di operazioni che, passo dopo passo, ci guidano sempre di più verso il risultato finale che vogliamo ottenere. Grazie alla modellazione si può lavorare sui dettagli e modificare, così, il processo.
Ci sono più metodi per modellare in 3D: i presupposti sui quali si basa un modellatore 3D per creare, sono diversi in base allo scopo e all’utilizzo del modello da realizzare, che quindi porta con sé informazioni sempre uniche.
Modellazione 3D: ambiti, applicazioni e scopi
L’uso della tecnologia 3D trova un esteso impiego in:
- Ingegneria
- Architettura
- Industrial design
- Packaging
- Moda
- Archeologia
- Geologia
- Astronomia
- Medicina
- Scienze matematiche, fisiche e naturali
A questi campi si affiancano applicazioni artistiche come:
- Cinema e televisione
- Cartoni animati
- Videogame
- Grafica pubblicitaria
- Web design
- Applicazioni multimediali
- Realtà virtuale ed aumentata
- Pubblicazioni editoriali
Anche gli scopi per i quali vengono generati i modelli 3D sono molteplici:
- Produzione CAM
- L’analisi numerica
- Analisi agli elementi finiti FEM
- L’analisi Fluidodinamica
- Analisi cinematica
- Ottimizzazione morfologica
- Generative design
- Rendering fotorealistico
- Animazioni
- Post produzione video
Ogni elenco è solo rappresentativo: ambiti, applicazioni e scopi sono in realtà ancora più vasti di quanto comunemente conosciuto.
Come fa un modello a soddisfare tutte le variabilità di scopo e di utilizzo?
La risposta è che non lo fa. Non esiste un modello unico che racchiuda in sé ogni caratteristica per poter fare tutto.
Per ogni scopo c’è un modello, ma anche qui rischiamo di generalizzare: perché all’interno di un processo di progettazione, ad esempio, il modello ottimale per eseguire una fase non è uguale a quello di un’altra.
Facciamo un esempio: un modello 3D ottimale per l’analisi FEM, non è lo stesso da utilizzare in maniera ottimale in un PDM/PLM, come è altrettanto diverso per il CAM, o per una rappresentazione in rendering.
Tipologie di modellazione: cosa cambia?
Ci sono almeno due tipologie di modellazione:
- Organica
- Geometrica
La prima viene utilizzata per riprodurre soggetti naturali (esseri umani, piante, alberi, ecc.) o quando ci sono forme arrotondate e morbide, con molti dettagli.
La seconda viene utilizzata per rappresentare oggetti tecnici o meccanici, o in generale qualsiasi cosa che non abbia una forma naturale.
Per quanto riguarda le tecniche di modellazione, abbiamo invece:
- Modellazione manuale
- Modellazione automatica/semiautomatica
- Per acquisizione (da scansioni 3D)
La modellazione tridimensionale ha anche un genere:
- Solida – quando viene considerato il volume pieno racchiuso dalle superfici esterne;
- Di superfici – quando l’oggetto è considerato composto esclusivamente dalle sue superfici esterne;
- Parametrica – Nella modellazione parametrica, i modelli sono definiti dalla relazione tra i loro componenti, attraverso parametri numerici e formule. Conservano la storia delle operazioni;
- Esplicita (o diretta) – Nella modellazione esplicita, le forme sono definite senza associazione a parametri numerici, ma definite in base alla loro posizione nello spazio. Sono senza storico delle operazioni.
Un oggetto generato mediante modellazione parametrica può essere con una certa facilità convertito in forma esplicita, ma non viceversa.
Alcuni CAD e software di modellazione 3D, hanno tool di ricostruzione che tentano il ripristino di una sorta di “albero delle operazioni”: è come cercare di entrare nella testa del disegnatore 3D immaginando le operazioni che ha compiuto per ottenere quel modello!
Per ogni tipologia, scopo ed applicazione, ci sono decine di software che salvano in modo diverso:
- formati proprietari
- sequenze di informazioni
- concetti di modellazione
All’interno di un programma di modellazione 3D, è possibile esportare anche in formati di interscambio: ci sono dei particolari software detti “convertitori” che trasformano i file tra i vari formati – sia multipiattaforma che specifici – da un formato di partenza ad uno di arrivo.
Ne abbiamo già parlato nell’articolo sul disegno tecnico, spiegando che le conversioni tra i vari formati erano già difficoltose quando si parlava di disegni 2D, senza informazioni collegate e quindi da considerarsi abbastanza generici. Figuriamoci con il disegno tecnico 3D!
Unicità e pianificazione
Costruire un buon modello 3D una volta, non vuol dire che per la successiva andrà bene il lavoro che è già stato fatto (tanto basta adattare qualcosa “et voilà les jeux son fait”, come si dice al casinò!).
Per ottenere risultati al massimo delle possibilità, bisogna sviluppare sempre un modello specifico, fatto apposta per la sua applicazione o il suo scopo.
La verticalità della specializzazione va contro la trasversalità del riutilizzo.
Per ottenere un oggetto economicamente vantaggioso e dalle caratteristiche tecniche spinte, è necessario che tutto il processo (i macchinari, la gestione, il personale, la progettazione, il trasporto, la commercializzazione, ecc.) siano strutturati in maniera puntuale per raggiungere uno, ed un solo obiettivo.
Per questo non mi stancherò mai di dire che è essenziale sapere con precisione fin dall’inizio quali sono gli scopi da raggiungere e quali mezzi hai a disposizione.
Un’analisi ed una pianificazione delle attività tempestiva, permette di avere una strada chiara e tracciata per tutti gli enti aziendali: stabilisce chiaramente fin dove ci si può spingere in campi diversi con gli stessi strumenti, dove è necessario ottimizzare o rifare daccapo alcune attività.
Sono Socio e General Manager di Kreacta, un brand di 10 i cube srl. Ho svolto in più occasioni il ruolo progettista meccanico e responsabile di prodotto in importanti aziende nel settore delle macchine utensili e della Ricerca Scientifica. Opero da oltre trent’anni nella progettazione meccanica e nella consulenza industriale, con esperienze anche nei settori di sviluppo del software, piattaforme web, realtà virtuale ed aumentata e sistemi interattivi.