Taller 3d modelado de elementos sólidos en Blender

[3dpoder]

Desde hace algún tiempo, los científicos han recurrido a la realidad virtual en todos los campos relacionados con la geometría. Esto conlleva a mejoras en variados aspectos, como la planificación en las industrias, gobiernos, escuelas y estándares de vida. Personalmente considero que los gráficos son tan naturales como el lenguaje, y la razón, es que vivimos en un espacio 3D, y a veces al referirnos sobre conceptos físicos usando nuestro lenguaje, nos puede causar confusión. El lenguaje es extremadamente flexible y nos posibilita describir todos los aspectos con una correcta combinación de palabras.

Este tutorial es parte de un proyecto que requiere algunos métodos deductivos junto a sus limitaciones, con el fin de crear modelos sólidos en Blender 2.44. Modelado sólido es un término inexistente en gráficas computacionales. Es más, modelado sólido es un término que recientemente surgió con el fin de solventar algunos problemas relacionados con el modelado mecánico, obteniendo excelentes resultados. Además, las características de Blender han ido mejorando con el paso de nuevas versiones, acercándose aún más al modelado sólido. Para poner a prueba éstas nuevas habilidades, el inicio de este tutorial consistirá en el modelado de una valvula solenoide. A su vez, este dispositivo te ayudará a comprender el modo en que se controla la entrada y salida del vapor en un sistema de cañerías.
Construyendo la geometría. Para el modelado sólido hay determinadas reglas que permiten el control de muchas variables al momento en que este dispositivo es creado. Entre éstas, están la creación de objetos de referencia, como planos y formas. Los planos sirven para detectar de manera fácil las posiciones de referencia en el espacio 3D, y las formas, son referencias geométricas para la creación de futuros objetos. La figura 2 muestra el uso de planos cartesianos que ilustran la figura principal. En vista superior (Top View) se creó un círculo de 4 vértices, éste objeto lo llamo PlanexyBase, luego fue rotado y duplicado para obtener los otros 2 planos cartesianos.

Blender tiene la habilidad de manipular directamente parámetros desde el menú de contexto Transform Properties, tanto en modo edición como en objeto (objeto tiene sus propios parámetros que puedes ajustar). Modelado sólido requiere del uso continuado de este menú para controlar el proceso de modelado. En modelado sólido es imposible empezar con modelos a baja resolución, de modo que es una buena idea clonar cada objeto al terminarlo, en caso que este se vuelva inútil con la secuencia operación a aplicar a medida qué nuestro modelo se vuelve más complejo.

El cuerpo del solenoide se hizo con una UVSphere a resolución media en vista superior, con 48 segmentos, 48 anillos (rings) y un radio de 30. Sin abandonar el modo edición, y con todos los vértices aún seleccionados, en vista frontal, la esfera fue rotada en 90 grados. No obstante, en modo objeto los ajustes pueden cambiarse gracias al cuadro de diálogo Transform Propereties [Tecla n]. Los ajustes de la nueva esfera deben ser configurados en Y,Z=48.00 y X=60.00 para obtener una forma elipsoide. Dentro de ella habrán 2 cámaras. Se crearan muchas uniones para modelar las conexiones de la valvula.



Después de haber creado un segundo cuerpo en vista superior, asegúrate que el cursor no se haya se haya movido para así mantener la base del plano.

Los parámetros para este cilindro son de 48 vértices, dimensiones para X e Y = 42.00, Z=24.00 (modo objeto). Por defecto, Blender asigna un punto medio (pivote) en el centro.

Para cambiarlo, seleccionaras el vértice central en la parte superior del cilindro y haz snap cursor en el vértice seleccionado.

En el modo objeto presiona Barra espacio>>Transform>>center cursor para cambiar la posición del punto medio.

El uso de Snap da excelentes resultados al momento de requerir una posición exacta. Pero cambiar la posición del cursor no es suficiente, el cilindro debe moverse a la posición de planexyBase.

El plano cartesiano tiene como objetivo prover un historial de cada posición relativa de los objetos.

Como muestra la figura 3, el cilindro es subdividido a lo largo de su altura para darle un mayor control sobre la teselación cuando se van agregando más operadores al objeto.



Luego, con los planos cartesianos en distintas capas, el plano YZ fue duplicado y puesto en posición Y=26.00 y Z=0.

Puedes ver esto mediante la selección del plano y observando el cuadro de diálogo Transform donde dice LocX:26.000.

Luego, con el plano aún seleccionado, SHIFT>>S para mover el cursor al punto medio del plano.

Esta será la posición para él siguiente objeto: shape geometry y object geometry. (forma geométrica y objeto geométrico).


Forma Geométrica. Este se hizo especialmente en otra capa con el fin de conservar toda la referencia geométrica para la valvula solenoide.

Ya en este creamos la forma geométrica en vista lateral derecha, agregando 4 círculos de 48 vértices cada uno, todos los parámetros de dichos círculo son: círculo Pequeño= 18.500, próximo= 28.600 y siguiente= 38.500.

El último círculo será nuestra referencia de limites para una forma hexagonal.



El segundo círculo será nuestra referencia para él tercer objeto del solenoide.

Este tercer objeto será duplicado en la posición YZ del plano, un cilindro con 48 vértices, y parámetros en modo objeto de X e Y = 28.60, Z= 20.00 hacia su interior.

Después tendrá lugar un cilindro simétrico con el fin de aplicarle el modificador Mirror (Mirroring).

Trabajar con Mirror en modelado sólido es algo que se debe hacer con cautela, asegúrate que todas las normales apuntan hacia el exterior de la malla, de lo contrario, habrán resultados inesperados.



Finalmente, otro cilindro fue agregado a la valvula solenoide, primero, duplicando planexy y ubicandolo en Z = -28.50, X e Y = 0. En la posición del plano duplicado, se agregó un cilindro de 48 vértices, X e Y=30.00, Z= 12.633 hacia el interior del solenoide.

Se comprobaron todas las posiciones al examinar todas las posiciones de los planos.



Una vez revisadas las posiciones, el último cilindro fue subdividido en torno a su altura para trabajar con los operadores booleanos.

Todos los objetos fueron duplicados y puestos en otra capa (en caso de ser necesarios nuevamente).

Empieza por aplicar booleanos con el tercer y cuarto objeto hacia la pieza principal.

El resultado es un objeto suavizado gracias a los 48 vértices constantes en cada objeto.

Los objetos duplicados, una vez más, deberían ser puestos en otra capa.

Lo último, el objeto final fue agregado para lograr el objeto deseado.



La figura 10 muestra el lugar donde las caras de la malla se pierden, debido a que el último objeto no tenía sus normales apuntando al exterior, o quizás, debido a la presencia de vértices redundantes, llevando a resultados inesperados como recalqué antes.



De modo que cuando deseas usar operadores booleanos, debes asegurarte de tener las Normales en dirección correcta con la opción Draw Normals en el panel Mesh Tools 1 (modo edición).

Además, la opción remove doubles puede ser muy útil al momento de hacer pruebas de fusión de vértices al incrementar el valor de specifies the max distance, remove doubles los considerara como duplicados para evitar la pérdida de resolución.

Hay casos en los que pueden haber resultados inesperados afectando a los objetos próximos. Como en este caso, en que hubo algunos.

Como resultado deberías tener una malla única con un par de vértices redundantes como error. Esta malla fue abierta al borrar el vértice superior central con el fin de agregar una delgada pared dentro de la malla con el uso de los nuevos scripts de Blender 2.44. Selecciona todos los vértices, luego ve a mesh>>scripts>>solidify selection.


Objetos nuevos. A la malla solenoide se la aplicó un grosor de -3.00 para crear el casco, lugar para la cámaras del solenoide.



Este script fucniona muy bien, incluso cuando se crean mallas con desplazamiento, sin problemas de direccionamiento de sus normales.

El script Bevel center, crea biselados de las áreas seleccionadas, esto es bueno para algunas áreas sólidas.



Luego, es necesario crear orificios en los lados del solenoide.

La apertura mostrada en la figura 12, es para un dispositivo de control automático que abre y cierra el paso al vapor.

Por encima de la valvula, hay un electro imán que controla dicha apertura.

Para la creación de los orificios, usa el segundo círculo más pequeño.

Este círculo será la referencia para él cilindro que pasa a través del cuerpo del solenoide.

Una vez creado el cilindro, el procedimiento para Subtract o Apply diference en los operadores booleanos, es, primero seleccionar el cilindro (antes asegúrate que las normales de todas las mallas no estén apuntando hacia el interior), repite las palabras mágicas Subtract este (cilindro) desde esto (solenoide) y voilá, se ha creado el orificio. (Ok, en realidad no, sólo aplica la operación booleana como cualquier otra).



El resultado te dará una idea de lo que hago.

Realmente, la posibilidad de crear sólidos es, en muchos casos, difícil en Blender debido a los tiempos de cálculo (si están en alta resolución).

Pero en lugar de eso, Blender tiene herramientas que pueden crear excelentes modelados y animaciones.

Hay muchas opciones para importar diferentes formatos a Blender, esto se logra mediante una potente librería qué Blender comparte con otros programas, dando más opciones al programa y a sus usuarios.

La figura 15 muestra un modelo sombreado (recurrí a la librería de materiales).



Luego, con el cursor en el hexágonoo y en visión lateral derecha se creó un cilindro con un diámetro de 35.50 y Z = 12. A este cilindro (aunque en realidad no luce como tal) es necesario sustraer otro cilindro (círculo más pequeño como referencia).



Ya en este punto, no fue necesario unir este último objeto con el cuerpo del solenoide.

Puedes unirlos con CONTROL+J debido a que el último objeto es el más externo al solenoide.

Seguido, un objeto con modificador Mirror y una sección transversal para crear una murallá que divida la cavidad en dos cámaras.

Pero primero, se debe crear la sección transversal.

Con la ayuda de planos y círculos (con parámetros), se creó esa sección.



La referencia geométrica fue usada con operación Snap, después la sección cruzada fue texturizada de manera arbitraria. En algunos casos, cuando los planos y círculos calzan bien en una sola malla, la opción remove doubles puede ayudarte a unir vértices innecesarios.

El modelado sólido puede hacer gran uso de remove doubles para unir mallas separadas en modo edición. Con la sección transversal hecha, el próximo paso es el de extruir esta región para crear el muro (fig. 1.



Este tendrá una apertura en la qué cabra otro objeto para él control de apertura o cierre al flujo de vapor.

Lo siguiente es hacer caber el muro dentro de la cámara solenoide.

Para esto, el operador Intersect nos será útil.

Para cortar el muro, fue necesario desplazar el primer objeto (cuerpo principal) que se encuentra en otra capa.

El desplazamiento se hizo con una distancia de 1.5, y sus vértices fueron eliminados, los vértices interiores se dejaron como están y sus normales fueron recalculadas hacia el exterior.

Después se selecciónó el elipsoide y los muros de la cámara y se dijo: crea la intersección resultante de esto (elipsoide) y esto (muro), siguiente paso.

La figura 20 muestra la función del muro de la cámara.



Una sección transversal fue creada por encima de la abertura para agregar más material y espesor a la boca de la valvula con una dona que se muestra con la propiedad X Ray.
[Panel Draw >>Draw extra>>X-ray]. La figura 21 muestra esta sección en la esquina superior izquierda.



Esta dona fue creada con el comando Spin en el panel mesh tols (modo edición) con step puesto en 48.



Propiedades de transformación en modo edición.

La figura 23 nos demuestra qué es posible ajustar parámetros moviendo algunos vértices en modo edición, pero primero debes aplicar la combinación CTRL+A para rotar y escalar, después de eso, puedes acceder a la opción transform properties en modo edición.



Para agregar más dimensiones al solenoide fue necesario crear una dona por encima de la boca del solenoide, y también se agregó otro plano en los ejes XY, Z = 31.498 e Y = 0.



Esta posición de referencia nos será útil para agregar otra caja con parámetros de X e Y=64.2, Z=11.00 hacia arriba. Así como un cilindro con parámetros X,Y,Z =30.00 para sustraer material del último objeto cubo.



Los siguientes pasos fueron necesarios para agregar más objetos al muro de la cámara, se hizo otro plano XY a una altura Loc Z: 4.00.



Los parámetros del orificio son un tubo con un diámetro interno de 18.00 y un diámetro externo de 28.00 y Z=5.00.



Al principio hubieron problemas al momento de sustraer material debido a que el muro fue extruido usando muy pocos vértices, pero al final, con un poco de recalculado de normales exteriores, se logró ducha sustracción.



Se logró otra sustracción del cilindro con un diámetro de 12.2. El espacio resultante es para un dispositivo que calzara en el, y así cerrar la abertura echa por un cilindro posterior.



Para más ajustes, necesitas mover algunos vértices en modo edición, y con el cuadro de diálogo transform properties. En algunos casos las unidades del cuadro transform properties resultaron incorrectas cuando no se les aplicó Apply rotation and scale.

Se movieron algunos vértices hacia abajo alterando los valores donde dice median Z:value.

En el modo de edición con transform properties se agregaron operación como sum, subtract, multiply, división. Ejemplo: Si deseas mover un grupo de vértices hacia abajo en 5 unidades, debes ingresar el valor -5 en el campo.



Después, se sustrajo otro material de tubo del último objeto para crear cabidades donde irán otros objetos.



De nuevo, los vértices fueron puestos arriba para corregir dichas cavidades. Un patrón de referencia geométrica para los hoyos de los tornillos se hizo usando la función Rotation/Scaling Pivot fijar PIVOT to 3D cursor.



La figura 34 muestra el círculo original (arriba a la izquierda) clonado y el posicionamiento de los clones rotando cada uno en 90 grados con el cursor dentro de otros círculos de referencia.



La figura 35 muestra el mecanismo usando en conjunción con la valvula solenoide y las cámaras divididas por un muro.



En la realidad, varios sensores detectan el flujo de vapor y temperatura en cualquier momento dado, mediante instrucciones a un dispositivo electrónico que da un cierto voltaje a un eletroiman que abre o cierra de manera gradual el paso a diferentes cantidades de vapor.

El archivo blend de este tutorial cuenta con una corta animación que incluye una cámara y una segunda escena donde una valvula solenoide se hizo en otra aplicación.

Conclusión. El modelado sólido es posible en Blender, pero los desarrolladores quizás deban tener en consideración la opción de crear objetos sólidos (no mallas) para modelos mecánicos.

Esto significa nuevas oportunidades, porque el manejo de objetos sólidos difiere un poco de las mallas.

Tutorial publicado en Blender Art Magazine por Erik Ramirez.