Quattro è il numero magico! Le quattro operazioni fondamentali della modellazione 3D

Nel campo della modellazione, come nella matematica, esistono delle operazioni di base, quelle fondamentali che troviamo in tutti i software di grafica 3D. Si tratta di quattro pilastri che dobbiamo conoscere bene per avere padronanza degli strumenti e per poter fare il salto di qualità: da principianti "smanettoni" a modellatori consapevoli.

Innanzi tutto, partiamo dai nomi; le quattro operazioni fondamentali sono: estrusione, rivoluzione, sweep e loft. Non si tratta delle uniche operazioni possibili, ovviamente, ma queste le troverete ovunque, sempre più o meno con gli stessi parametri e vi sarà di grande vantaggio conoscerle bene e comprenderne le differenze.

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1. ESTRUSIONE

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Immagine realizzata dall'autore

Cominciamo dalla più semplice delle quattro: l'estrusione! Il termine deriva dal nome dell'analogo processo di produzione industriale. Nella categoria degli oggetti estrusi rientrano parallelepipedi, cilindri, cubi ed in genere tutto ciò che ha come caratteristica una sezione costante. Ovvero? Immaginiamo di affettare un cilindro, lungo la sua altezza, tagliando in direzione parallela alla sua base (un po' come se fosse una carota): le fette – o sezioni – del cilindro saranno sempre circonferenze con lo stesso identico diametro, indipendentemente dall'altezza in cui si effettui il taglio.

Per realizzare un oggetto tramite estrusione, ci occorre un disegno 2D, che ne costituisce la sezione e che può essere un profilo chiuso o aperto (nel primo caso otterremo di norma un solido e nel secondo una superficie), una direzione di estrusione (perpendicolare al piano su cui è disegnato il profilo) ed una misura, che indica l'altezza del corpo estruso.

Nella vita reale molti oggetti vengono realizzati per estrusione: alcune forme di pasta, i filamenti per le stampanti 3D, i tubi in PVC, etc.

Rielaborazione di immagini realizzata dall'autore a partire da immagini riutilizzabili; fonti: 1, 2 e 3

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2. RIVOLUZIONE

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Immagine realizzata dall'autore

In geometria una superficie di rotazione o di rivoluzione è una ottenuta ruotando una curva (detta generatrice o profilo) attorno ad una retta (l'asse di rotazione). L'operazione di rivoluzione nella modellazione parametrica è essenzialmente la stessa cosa. Pensiamo a una ciambella: essenzialmente, essa è un corpo solido ottenibile tramite rivoluzione di un profilo circolare chiuso intorno all'asse centrale. Anche un cilindro può essere costruito tramite rivoluzione: un profilo rettangolare che ruota intorno ad un asse corrispondente ad uno dei lati del profilo stesso. Altri solidi di rivoluzione sono, ad esempio, il toro, la sfera, il cono; usando questa lavorazione, possiamo modellare alcuni oggetti d'uso quotidiano, come una bottiglia, un bicchiere, un vaso, un piatto (piano o fondo), una ciotola, una tazza (senza manico!), ecc.

Per realizzare un oggetto tramite rivoluzione, ci occorre un disegno 2D che ne costituisce la sezione e che può essere un profilo chiuso o aperto (nel primo caso otterremo di norma un solido e nel secondo una superficie), un asse intorno al quale ruoterà tale sezione ed un angolo compreso tra 0° e 360° che definisce se la rivoluzione è parziale o totale.

Rielaborazione di immagini realizzata dall'autore a partire da immagini riutilizzabili; fonti: 1, 2 e 3

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3. SWEEP

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Immagine realizzata dall'autore

L'operazione che viene definita sweep è essenzialmente un'estrusione lungo un percorso. Tale percorso può essere una qualunque curva purché sia continua (un segmento di retta, una spezzata, un arco di circonferenza, una circonferenza intera, una spline ecc.). Pensiamo, in questo caso alla cornice di un quadro: la sua sezione è sempre la stessa lungo tutto il bordo e lo sweep è il metodo più indicato per ottenere questo genere di risultati.

Per realizzare un oggetto tramite sweep, ci occorre un disegno su un piano che rappresenta la sezione ed una curva nello spazio che ne definisce il percorso di estrusione; anche in questo caso possiamo ottenere delle superfici (se il profilo della sezione è aperto) o dei solidi (se è chiuso).

Cosa possiamo modellare tramite questa operazione? Come già detto, la cornice a sezione costante di un quadro, ma anche il telaio di una bicicletta, il corrimano di una scala, ecc.

Rielaborazione di immagini realizzata dall'autore a partire da immagini riutilizzabili; fonti: 1, 2 e 3

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4. LOFT

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Trattasi di un'operazione complessa che permette di creare un solido o una superficie di transizione tra più sezioni trasversali. Due o più profili - chiusi o aperti - disposti in sequenza rappresentano le sezioni trasversali e vengono interpolati per la creazione dell'oggetto tridimensionale. L'operazione di loft deriva dall'industria navale, infatti gli scafi delle navi vengono realizzati tramite la tecnica di costruzione per sezione e fasciame. Tra gli oggetti d'uso quotidiano che possiamo creare tramite questa operazione vi sono, ad esempio, i manici di una pentola, l'impugnatura ergonomica di uno spazzolino da denti, la scocca di un asciugacapelli, perfino il corpo centrale di un aereo!

Per realizzare un oggetto tramite loft, ci occorrono almeno due profili compatibili tra loro che ne costituiscono le sezioni e che non giacciono sullo stesso piano; essi devono essere selezionati in ordine e, come nei casi precedenti, possiamo ottenere delle superfici o dei solidi.

Rielaborazione di immagini realizzata dall'autore a partire da immagini riutilizzabili; fonti: 1, 2 e 3

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Le quattro operazioni fondamentali sono tutte realizzate a partire da uno o più disegni 2D o 3D, appartengono quindi alla categoria delle “sketched features”.

Esistono, di norma, delle opzioni aggiuntive per ciascuna operazione, per esempio curve di controllo per il loft e lo sweep che controllano la forma del corpo 3D ottenuto, oppure la rastremazione per l'estrusione, che permette di ingrandire o rimpicciolire la sezione lungo il percorso di estrusione. Parleremo di queste opzioni in futuro, al momento vi lascio esercitarvi su quanto visto fino ad ora nel software che preferite – vi consiglio di lavorare su Autodesk Inventor o Fusion360 perché nei miei futuri articoli vi fornirò esempi e tutorial usando quei software.

Un'ultima nota prima di lasciarvi: le operazioni sopra descritte permettono non solo di modellare nuovi oggetti ma anche di modificare quelli già esistenti, aggiungendo o sottraendo volume attraverso le operazioni booleane. Di cosa si tratta? Ve ne parlerò nel mio prossimo articolo!

Grazie per avere letto questo post, appuntamento al prossimo!

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Se siete curiosi e volete leggere qualcosa in più sulla modellazione parametrica, di seguito trovate i link ai miei precedenti articoli che forniscono un'introduzione a questo metodo di modellazione:

• Introduzione alla modellazione 3D parametrica - Parte I
• Introduzione alla modellazione 3D parametrica - Parte II