Can Touch · Создание модели BJD (ball-jointed doll) в 3d-программе для прототипирования
8 (800) 350 34 46
(звонок бесплатный)
info@can-touch.ru

Моделирование шарнирной куклы в ZBrush для 3D печати

Моделирование шарнирной куклы в ZBrush для 3D печати

Представляем вашему вниманию краткий экскурс в процесс создания модели в 3d-программе с последующим прототипированием. Мы расскажем вам об этом увлекательном процессе на примере BJD (ball-jointed doll).

Если вы желаете создать собственную куклу, мы можем вам помочь. Мы умеем моделировать такие куклы и, конечно, печатать их на 3D-принтере. Пишите нам на почту info@can-touch.ru, ответим на все ваши вопросы и с удовольствием поможем в создании вашей уникальной куклы.

BJD (ball-jointed doll) — подвижная кукла с шарнирными суставами, завоевавшая популярность среди различных возрастных категорий. Такая кукла очень подвижна и чрезвычайно антропоморфна. Состоит из множества деталей, собранных на резинку. Она должна быть очень тщательно проработана (суставы должны иметь хороший объем движений и фиксироваться в каждой точке), идеально симметрична и очень прочна, поэтому мастера bjd находятся в постоянном поиске новых технологий и материалов. Трехмерное моделирование и прототипирование как никакая другая технология позволяют искусству bjd выйти на совершенно новый уровень.

 

ball jointed doll 3d печать

 

Вначале несколько слов о трехмерной графике. Все объекты, которые создаются в трехмерных программах, по сути есть множество точек, расположенных в трехмерном пространстве (по осям X, Y и Z). Точки соединены линиями, которые ограничивают полигоны. Полигон — это многоугольник, у которого есть плоскость, вершины (точки) и грани (ребра). В ZBrush приходится иметь дело с трех- и четырехугольниками. Из полигонов, примыкающих друг другу, и выстроена вся поверхность объекта, которая называется Mesh. Это очень похоже на накрахмаленный чулок. Он держит форму, а внутри — пустота. Отличие в том, что чулок, хоть и тонкий, имеет толщину, у полигона же (а значит, и у сетки, которая образована гранями всех этих полигонов) толщины нет вовсе. Выглядят полигоны вот так:

 

ball jointed doll 3d печать zbrush

 

И если мы смотрим на трехмерный объект (персонаж в мультфильме или просто картинку, созданную в 3d-программе) и не видим полигонов, это означает всего лишь, что их очень много, что мы имеем дело с сеткой высокой плотности и с объектом высокой детализации. Чем ниже плотность сетки, чем ниже разрешение модели, ниже детализация, легче обрабатывается компьютером и работать быстрее. Чем выше плотность сетки, тем больше информации о модели содержится в памяти компьютера, тем больше возможности прорисовать все более тонко (морщинки, складки, ноготки), тем выше требования к техническим характеристикам компьютера.

Приступая к работе, мы начинаем с болванки. Есть довольно удобный инструмент в збраше, которым просто и быстро накидывать скелеты. Делается это для того, чтобы подготовить будущую сетку как можно более равномерной. Затем преобразуем наш скелет в обычный объект, состоящий из полигонов, и начинаем его всячески деформировать, постепенно приближая его к своему замыслу. Этот способ не единственный, можно лепить из сферы, постоянно «дайнамеша» и перестраивая сетку, можно использовать стандартные заготовки, покупать модельки на стоках, набрасывать болванки в других программах.

 

ball jointed doll 3d печать zbrush

 

В збраше есть великое множество всяких кистей, которые по разному воздействуют на поверхность: вытягивают, раздувают, сдувают, двигают, сглаживают, прочерчивают, мнут, полируют и так далее.

Материал под курсором пера ведет себя практически так же, как пластилин под пальцами, и так же выглядит.

 

ball jointed doll 3d печать zbrush

 

А вот часть объекта скрыта под маской, обратите внимание: внутри пустота, а полигоны инвертированы (то есть их изнанка).

 

ball jointed doll 3d печать zbrush

 

Это действительно очень похоже на ручную лепку (в отличие от, скажем, 3d Max, где мы именно простраиваем и моделируем). По этой причине процесс збрашелепки называют «скульптингом«, и, разумеется, навыки ручной лепки здесь как нельзя кстати.

Итак, лепим поэтапно, постепенно уплотняя сетку, не торопясь перейти на следующий уровень дивайда. Что это значит. Например, на первой картинке в модели 32 тысячи полигонов. Набрасываем основные объемы и формы. Когда этот уровень полностью выработан и уже нельзя ничего уточнить и детализировать, только после этого увеличиваем плотность сетки (divide — каждый полигон разбивается на 4). Теперь здесь (вторая картинка) 130 тысяч полигонов, продолжаем уточнять модель и переходим на следующий уровень только тогда, когда на этом уже делать нечего. И так далее, пока не окажемся на таком уровне, когда комп еще тянет и есть возможность прорисовать складки, ноготки и прочие мелочи. В данном случае это 6-й уровень дивайда и плотность сетки — 2 млн. полигонов.

 

ball jointed doll 3d печать zbrush

 

В процессе работы бывает очень удобно откатываться к прежним уровням и вносить там какие-то крупные изменения, а потом и возвращаться обратно. Со временем появится навык прогнозирования результата и неожиданностей будет все меньше и меньше.

Есть еще такой нюанс — не везде нам нужна одинаковая плотность сетки. Например, на лице, особенно вокруг глаз, на ушах, на кистях и стопах нам нужно разрешение выше, чем на остальных участках — мы можем повысить плотность сетки избирательно.

Важный нюанс — когда мы скульптим именно bjd, не стоит сразу детализировать все до мелочей, так как после нарезки, формирования шарниров и прочих манипуляций все еще перекроится, перестроится и потеряется столько раз, что нюансы рельефа (жилки, сухожилия, линии на ладонях, ноготки, складки, морщинки) лучше оставить на самый конец, когда детали будут полностью готовы.

Итак, анатомичная хорошая модель у нас готова.

 

ball jointed doll 3d печать zbrush

 

Мы продолжаем над ней работать точно так же, как работали бы с моделью из натурального материала, а именно:

— режем на детали
— формируем с помощью шаров шарниры и шарнироприемники
— постоянно проверяем объем движений и ищем компромисс между анатомичностью и эстетичностью сустава
— делаем полости, каналы и прорези под резинку
— окончательно детализируем

Режем на детали (с помощью масок и полигрупп), закрываем дырки.

 

ball jointed doll 3d печать zbrush

 

Подставляем сферы, подгоняем их по размеру.

 

ball jointed doll 3d печать zbrush

 

Проверяем объем движений.

 

ball jointed doll 3d печать zbrush

 

Затем формируем сустав. Одну и ту же сферу объединяем с той деталью, где будет шарнир, и вычитаем ее же из той детали, где должен быть шарнироприемник. На этом все автоматические процессы заканчиваются, и мы начинаем кропотливо вручную обрабатывать места перехода детали в шарнир (сглаживать, выравнивать и делать красиво) и обрабатывать край после вычитания. Обычно он нехорош, полигоны торчат в разные стороны, лезут артефакты, зияют дырки — все это нужно закрывать, выглаживать, перестраивать сетку, опять закрывать и выглаживать, пока результат не устроит.

 

ball jointed doll 3d печать zbrush

 

С конечностями точно так-же. С помощью масок формируем полигруппы (полигруппы — это объединенная группа полигонов в составе одного меша), потом по полигруппам разделяем общий меш на разные меши (по количеству полигрупп), лишние меши удаляем, подставляем сферы.

 

ball jointed doll 3d печать zbrush

 

Закрываем дырки, ровняем край.

 

ball jointed doll 3d печать zbrush

 

Вычитаем сферы из шарнироприемников и объединяем их с деталями, где должен быть шарнир. Все вручную ровняем и выглаживаем.

 

ball jointed doll 3d печать zbrush

 

Проверяем объем движений, подгоняем края.

 

ball jointed doll 3d печать zbrush

 

Всегда помним о толщине стенки шарнироприемника, чтобы было достаточно прочно, но красиво. Также помним о том, чтобы поверхность шарнироприемника была чуть больше трети поверхности сферы-шарнира. Это нужно, чтоб не вывихивалось и фиксировалось достойно.

Вот и следующий этап завершен — кукла порезана на суставы.

 

ball jointed doll 3d печать zbrush

 

В принципе, на этом этапе можно остановиться, если вы хотите сделать мастер-модель под литье, а не собирать в полноценную куклу сам принт.

Какие я рекомендую в этом случае технологии:

ABS-пластик: дешево и сердито. Пластиковый шнур плавится под воздействием температуры. Прочный, но очень неточный. Отчетливо видна текстура, потеряются такие детали, как морщинки, ноготки. Все придется грунтовать и шкурить. Технология 3D-печатиFDM.
Фотополимер: гладкий, высокоточный. Твердеет при засветке лазерным лучом или ультрафиолетом (технология SLA). Детализация неплохая. Но совсем непрочный, пальчики обломятся как спички, если формы снимать, то силиконовую и не дыша, ни о каком гипсе речи идти не может. (Силиконовую форму снимают для литья полиуретана, гипсовую — для фарфора и холодного литьевого фарфора flumo).
Полупрозрачный пластик (ProJet, Objet): довольно прочно, очень точно и гладко, намного дороже всего остального. Но оно того стоит, почти ювелирное качество.

 

ball jointed doll 3d печать zbrush

 

Ни одна из этих технологий не годится под принт полноценной куклы, так как при печати (а все печатается слоями) сложных форм неизбежно такое, как висящие в воздухе участке. Поскольку в нашем мире, живущем по физическим законам, это невозможно, используют какой-нибудь дополнительный материал-поддержку. Он потом либо вымывается водой, либо легко крошится и очищается руками, либо это воск, который выплавляется или вычищается растворителем. Поэтому, если мы отдадим наши чудные полые, полностью готовые к сборке детали в печать по этим технологиям, мы получим детали, полости в которых будут полностью забиты материалом-поддержкой, который никак не достать. Разве что вот воск можно выплавить, но мультиджет технологии дают желтоватый полупрозрачный пластик. Это не годится по визуальным соображениям — красиво, но как-то не по человечески, а красить наглухо шарниры мастера bjd не любят, т.к. любая самая прочная краска в местах трений шарниров все равно равно или поздно поцарапается.

Итак, технология SLS — селективного лазерного спекания. Порошок полиамид (тот же полимер, что идет на изготовление нейлоновых нитей, инертный, безопасный) запекается температурой послойно, сам же и выступает в качестве поддержки. В полостях его немного остается, но его можно вытряхнуть, выдуть, вымыть. Поэтому для для печати полноценной куклы из доступных материалов годится только он.

 

Моделируем полости, каналы, штифты и прорези под резинку.

Посмотрим на примере вот такой сложной детали. Часть бедра прячем под маской для удобства, максимально отводим назад, намечаем один конец прорези. Затем отводим максимально вперед — намечаем другой конец прорези.

 

ball jointed doll 3d печать zbrush

 

По меткам поставим будущую «прорезь» — объект, который при вычитании даст нам желобки под резинку. Изображение слева — после процесса вычитания. Прорези под резинку уже есть, полости пока еще нет.

 

ball jointed doll 3d печать zbrush

 

Чтобы ZBrush понял, что мы хотим сделать деталь полой, нужно прорезать в ней любое отверстие, чтобы он смог объединить и внешнюю, и внутреннюю поверхности в один меш. Нам как раз такое отверстие и нужно — под резинку. Ставим цилиндр (который после процедуры вычитания превратится в канал) и указываем збрашу, что нужно не только вычитать, но еще и сделать полость. Толщину стенки выбираем сами. Обычно 2-4мм оптимально.

 

ball jointed doll 3d печать zbrush

 

Таким образом обрабатываются все детали.

 

ball jointed doll 3d печать zbrush

 

В кисти и стопы ставим штифты (просто цилиндрики). 2мм достаточно, чтобы штифт выдерживал натяжение резинки, даже при достаточно тугой натяжке.

Вариантов соединений частей головы великое множество. На мой взгляд, самый оптимальный — вот с таким «замочком», бортиком.

 

ball jointed doll 3d печать zbrush

 

Также перед печатью можно набросать мейк, подумать над образом.

 

ball jointed doll 3d печать

 

Проверить как следует объемы движений, поставить разные позы, поиграть (к сожалению, в збраше нет костей, ставить позы непросто, есть только обычные инструменты поворотов, но наловчиться можно).

 

ball jointed doll 3d печать zbrush

 

Готовим в печать

Расставляем детали с учетом возможных дефектов. Поскольку толщина слоя 0.3мм, эти полосы особенно видны там, где поверхность почти горизонтальная, следует учитывать этот момент, ориентируя детали в пространстве. Сбоку я ставлю цилиндр, равный высоте моей куклы, по нему я выставляю масштаб — 290мм. Можно выставить и напечатать любой размер.

 

ball jointed doll 3d печать zbrush

 

В збраше есть специальный плагин для подготовки в печать и оптимизации. В процессе оптимизации количество полигонов можно уменьшить до 20% от исходных, с таким файлом работать уже нельзя, только сохранять в формате STL и отправлять печатникам.

 

Постобработка

Вот такое счастье получаем, и если в модели все было ок, очень быстро собираем. Если что-то не так, то поправить руками мало что представляется возможным, материал плохо сверлится или плавится, режется с трудом, плохо шлифуется.

 

ball jointed doll 3d печать

 

Вообще материал отличный. Он ослепительно белый, легкий как безе, очень прочный и бархатистый. Он очень-очень мелко пористый. Фиксация у суставов просто супер. Точность неплохая — пропечатываются и ноготочки, и линии на руках. Но текстура грубая, маркая, видны полосы. Надо шкурить, но руками это нереально. Спасет мини-дрель и самодельные насадки. Ну и разумеется, галтовочные и пескоструйные аппараты.

 

ball jointed doll 3d печать zbrush

 

Разница существенная.

 

ball jointed doll 3d печать zbrush

 

Хорошо вышкуренный материал более гладкий, несколько бархатистый и похож на кожу на ощупь. Он не реагирует на растворители (ацетон, уайт-спирит, спирт и пр), прекрасно себя чувствует в воде. Грунтуется акриловыми лаками, на него хорошо ложится пастель, выдерживает нагрев выше 180 градусов, что позволяет использовать запекаемые краски.

Теперь возможности ограничены только фантазией. И это совершенно потрясающе!

 

ball jointed doll 3d печать zbrush

 

Прочтите другие уроки по моделированию для 3D печати

 

Спасибо Ольге Бекреевой за подготовленный материал.

 

Если у вас есть уже 3D-модель куклы, присылайте ее нам на расчет стоимости на почту info@can-touch.ru.

 

 

Метки: , ,

  • InYan

    Отличный пост, я щитаю.

    • Василий

      Поддерживаю!

  • Владислав Чернышенко

    а модель скачать както можно? или купить на крайний случай

  • Pingback: lewis()

  • Pingback: jimmie()

  • Pingback: Sidney()

  • Pingback: Brent()

Загрузите 3D-модель (stl) и узнайте стоимость 3D-печати Быстрое прототипирование функциональных изделий с помощью 3D-печати Самый большой выбор материалов и технологий в России Примеры изделий созданыых с помощью технлогий 3D-печати