3D-tulostamisen ja virtuaalitodellisuuden yhtymäkohtana ovat kolmiulotteiset eli virtuaaliset mallit; molemmilla on oltava kolmiulotteinen malli, jotta 3D-tulostimella olisi jotakin tulostettavaa ja jotta virtuaalitodellisuudessa, kuten virtuaalisessa kansallismuseossa, olisi jotakin nähtävää.

Kolmiulotteisia malleja on mahdollista tehdä monin eri tekniikoin ja seuraavaksi esittelemmekin muutamia yleisimpiä tapoja mallintaa. Kenties mielenkiintoisin mallintamisen tekniikoista on mallintaminen virtuaalitodellisuuden työkaluja käyttäen.

Sovelluksia kolmiulotteiseen mallintamiseen

Kolmiulotteisella mallintamisella viitataan tietokoneella tehtävään suunnitteluun siihen tarkoitettua sovellusta käyttäen. Perinteisesti tällaisia ohjelmia ovat edustaneet niin sanotut CAD-sovellukset. Kirjainyhdistelmä CAD (Computer-aided Design) viittaakin tietokoneavusteiseen suunnitteluun, jossa 80-luvulta lähtien on siirrytty kaksiulotteisten pohjapiirustusten suunnittelusta kolmiulotteisten mallien suunnitteluun.

CAD-sovellukset soveltuvat parhaiten teknisten mallien suunnitteluun, joissa mittayksiköt on täsmällisesti määritelty. Näin ne soveltuvat erityisen hyvin 3D-tulostettavien esineiden mallintamiseen, jotta tulosteista tulee oikeanmittaisia ilman ylimääräisiä vaiheita. Tunnetuimpia 3D-tulostuksen asiayhteydessä käytettyjä CAD-sovelluksia tänä päivänä ovat Autodeskin Fusion 360 ja avoimen lähdekoodin Tinkercad. Myös Google tarjoaa helppokäyttöistä sovellusta nimeltään Sketchup.

Tarjolla on myös muita ohjelmia, joilla voi mallintaa kolmiulotteisia malleja, kuten pelihahmoja ja muita malleja. Niitä edustavat muun muassa Autodeskin Maya ja Blender-säätiön avoimen lähdekoodin Blender. Vaikka mainituilla ohjelmilla voi määritellä täsmällisesti mallien mittayksiköitä, saattavat ne vaatia lisätöitä mikäli malleja halutaan tulostaa.

Mallintaminen virtuaalitodellisuuden työkaluja käyttäen

Veistäminen tai kuvanveistäminen, englanniksi sculpting, yksi kolmiulotteisen mallintamisen tekniikoista. Se muistuttaa hyvin läheisesti perinteistä kuvanveistämistä, jonka tuloksena syntyy patsaita tai vaikkapa henkilön rintakuvia.

Kolmiulotteinen mallintaminen eroaa kuvanveistämisestä muun muassa siinä, että se tapahtuu täysin tietokoneen näytöllä kolmiulotteiseen mallintamiseen tarkoitettua ohjelmaa käyttäen. Tämä tarkoittaa myös sitä, että veistämiseen kuuluu joukko mitä erilaisimpia tekniikoita kuten vaikkapa mallin yksityiskohtien venyttäminen ja pyörittely.

Pixologicin ZBrush on yksi monipuolisimmista tämän hetken kolmiulotteisten mallien kuvanveistosovelluksista. Myös avoimen lähdekoodin ohjelmista Blender kestää kriittisen tarkastelun, vaikka se ei aivan ZBrushin tasolle ylläkään.

Kuvanveistoa, kolmiulotteisen mallintamisen asiayhteydessä, voi harjoittaa hiiren avulla. Käytännössä se tapahtuu siten, että käyttäjä ottaa työkalukseen jonkin siveltimen, englanniksi brush, jonka avulla kolmiulotteiseen malliin voi lisätä yksityiskohtia – tai mallintamisen käsittein geometriaa – joko kasvattamalla tai pienentämällä tiettyä kohtaa mallista.

Erityisen mielenkiintoisen kolmiulotteisen mallin kuvanveistosta tekee se, että sitä voi harjoittaa myös virtuaalitodellisuudessa. Käytännössä käyttäjä veistää mallinnussovelluksessa virtuaalitodellisuuslasien ja peliohjaimia muistuttavien ohjaimien avulla samalla tapaa kuin hiirellä, kasvattaen ja pienentäen kolmiulotteisen mallin yksityiskohtia erilaisia siveltimiä ja muita työkaluja käyttäen.

Virtuaalitodellisuudessa veistämällä tehtyjä malleja on mahdollista käyttää niin virtuaalitodellisuuden sovelluksissa kuin myös 3D-tulostuksissa.

Käsin kosketeltavien kohteiden skannaaminen

Malleja on myös mahdollista tuoda virtuaalitodellisuuden sovelluksiin sekä tulostettavaksi 3D-tulostimilla skannaamalla käsinkosketeltavia kohteita esineistä maan muodostumiin. Skannaamiseen on olemassa kuluttajille suunnattuja skannereita, mutta se on mahdollista myös kameraa ja tietokonesovelluksia käyttäen. Jälkimmäistä tekniikkaa kutsutaan englanniksi nimellä photogrammetry.

Kuluttajille suunnatut skannerit ovat tavallisesti melko pieniä laitteita, johon on mahdollista laittaa jokin pienehkö esine. Skannaaminen on melko yksinkertainen toimenpide, jossa esine asetetaan sille tarkoitetulle telineelle, jonka jälkeen skanneri hoitaa automaattisesti skannauksen. Tuloksena on kolmiulotteinen malli. Halvimmat skannerit voivat olla toiminnaltaan epävarmoja ja skannauksesta saatuja malleja saattaa joutua muokkaamaan mallinnusohjelmassa.

Skannaaminen kameraa käyttäen toimii siten, että samasta kohteesta – esimerkiksi patsaasta – otetaan kuvia eri puolilta. Tämän jälkeen se viedään ohjelmaan, joka rakentaa kohteen uudelleen kolmiulotteisena mallina säilyttäen myös valokuvista saadut tekstuurit. Kohteen rakentaminen vie merkittävästi tietokoneen prosessoritehoja ja tuloksena saadun mallin geometriaa on muokattava yksinkertaisemmaksi kohteen rakentaneessa- sekä mallinnusohjelmassa.

Teollisuudessa käytetään kehittyneempiä työkaluja skannaamiseen. Kolmiulotteisten kohteiden skannaamiseen ja 3D-tulostamiseen perustuvaa liiketoimintaa löytyy muun muassa hammaslääketieteessä, jossa hampaita skannataan ja tulostetaan. 3D-tulostusta käytetään myös muiden ihmiskehon osien, kuten kallon, tulostamiseen.

Lopuksi

Virtuaalitodellisuuden sovelluksille ja 3D-tulosteille yhteistä ovat kolmiulotteiset mallit. Malleja voi tehdä monia eri mallinnussovelluksia ja tekniikoita käyttäen. Ne risteävät erityisesti kolmiulotteisen kuvanveiston osalta, jossa malli veistetään virtuaalitodellisuudessa käytettäväksi niin virtuaalitodellisuuden sovelluksissa kuin myös 3D-tulostuksissa.