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3D建模方式

2021年 6月 21日
阅读时间 2 分钟
概要

3D模型无处不在。我们见到的每个实物都有自己的3D模型,并广泛应用于各个行业。在本指南中,我们将介绍最主流的3D建模方法,包括如何从头开始设计模型,到如何用开云体育手机版登入 仪完成数字化

方式
参数化建模、多边形建模、数字雕塑、开云体育手机版登入 、摄影测量
软件
Blender, Autodesk Maya, ZBrush, SOLIDWORKS, Artec Studio
模型平台
Sketchfab, Turbosquid, CGTrader, Quixel

简介

你是否想过自己周围有多少3D模型?现在开始,你将用一种全新的眼光看世界。电视、电影、动画片、商业广告、视频游戏、社交媒体、移动应用程序、VR等等,都有3D模型。那手里拿着的杯子、桌上的笔、驾驶的汽车、坐着的椅子呢?很多你能想象得到的物体,曾几何时,也只是个3D模型。

那这些模型是怎么制成的呢?

本文将介绍3D建模的基础知识,了解创建3D模型最主流的方式,即从CAD和多边形建模到开云体育手机版登入 。我们还将讨论最常见的建模软件,并就“何时从无到有设计模型,何时使用开云体育手机版登入 仪”谈谈心得体会。

我们开始吧!但开始之前,先解释一个问题…

什么是3D模型?

建模软件中机械部件的3D模型

在计算机图形学中,3D模型是在专用软件中为某个表面或物体创建的数字形象。三维空间中的一系列点,由各种几何体连接(如三角形、线、弧面等),以此来代表一个物理实体。有些情况下,3D模型可以体现物体的大小、形状和纹理。而构建这种形象的过程即为3D建模。

3D模型的用途和使用方式

3D模型是许多创意型职业的一部分。3D模型是工程师和设计师设计流程的一部分,用于新品研发或产品改造。建筑师将3D模型用于建筑物、景观和室内的视觉展示,可以代替传统建筑模型,也能作为有益补充。

游戏设计师广泛采用3D建模法,为游戏机游戏、电脑游戏和移动游戏制作3D资产和角色。

奥地利演员Peter Simonischek查看自己栩栩如生的半身像,开云体育手机版登入 后制作而成

电影制作者将3D模型用于角色特效,也能为动画和真人动画制作各类物体。

医疗行业也借助3D模型完成身体解剖结构数字化,定制医疗解决方案,如假体、矫形器、种植牙,展示整形手术效果等等。

使用开云体育手机版登入 仪修复霸王龙足部

科教部门的应用方式同样多种多样,包括遗迹与文物保护、化合物可视模型、地质模型等等。

3D建模的两种主要方式

虽然3D建模的方法有很多,但主要可以归为两种:在3D建模软件中构建模型,或将现实世界中的某个物体,通过开云体育手机版登入 仪制作成数字模型。下面,我们来分析一下两种方式各自的优缺点,为你找到合适的方式。

方式一:3D建模

工业设计师正在设计新产品原型

创建3D模型的第一种方法是使用专门的3D建模软件从零开始。各行各业的专业人士都在广泛使用这种方式,包括工程师、工业设计师、建筑师、CGI艺术家等等。

要点:

如果你要设计全新产品,没有实物参照,那么3D建模不仅可以让你放飞想象力,还能把创意变为现实。

这种方法的伟大之处在于,你可以设计一些还不存在的物体,绝对独一无二,比如汽车新部件或者视频游戏中的奇幻生物;当然也适合已经存在但无法扫描的东西。

例如,如果你需要一个世界著名建筑物的模型,但是它距离你的所在地非常遥远,那么借助照片和视频资料,从零开始创建一个3D模型更划算,你不用亲自前往,再安排开云体育手机版登入 了(而且如果是历史建筑,扫描起来可不简单!),这可能会更容易,而且成本效益更高。又或者,你需要设计一些还没有被创造出来的新物体,那么3D建模可以让你放飞想象力,并将其变为现实。

有多种不同的3D建模技术和建模软件,支持从零开始设计模型。这取决于你想要创建何种对象,以及预期应用是什么。

参数化建模

工程师和设计师设计全新零件和组件的真实计算机模型时,参数化3D建模或CAD(计算机辅助设计)是首选方法。我们日常接触的几乎所有现代产品都是用三维CAD建模法设计的。

在 CAD软件中设计3D模型

通过这种方法,设计师创建的3D模型所有参数,可以和实物完全相同:材料、重量、尺寸、光学参数、物理参数等等。这些模型随后可以进行3D打印或数控加工,也可以用来运行复杂的模拟。例如,你可以设计组件,看它们是否相匹配,测试压力下的反应,监测液体如何穿过它们,通过模拟评估制造方式等等。

多边形建模

你所见过或玩过的几乎所有视频游戏或科幻电影,都离不开这项技术。多边形模型是由多边形组成的:平面、二维几何、三角形或四边形,艺术家通过改变这些多边形来构建3D网格。与CAD建模不同,这种技术更多以概念为导向,而非测量。动画和视频游戏工作室使用多边形建模完成很多设计,从电影和游戏人物到各种三维资产,如武器、盔甲、车辆和整个虚拟世界。

汽车的多边形网格模型

数字雕塑

这种方法也被3D艺术家用于游戏和动画电影中,最适合创建形状自然且线条圆润的超现实物体。该方法也被用于创建设计、草图和3D打印的原型模型。这一过程和用粘土或石头等真实材料进行雕刻非常相似。使用类似刷子的雕刻工具,你可以处理物体的多边形网格,推、拉、扭转各几何部分,也能增加额外的几何来模仿自然结构。与多边形建模相比,数字雕塑需要更多的艺术技巧,而且需要格外仔细,也更耗时。所以在多数情况下,这些方法会同时使用:首先对物体进行建模,然后发送给三维雕塑家进行细节处理,完成形最终造型。

在数字雕塑软件中设计电视节目形象

无论使用何种方法,选对合适的建模软件都很重要,这些软件必须包含所有必要的工具,才能让你完成3D建模。

适合新手的最佳3D建模软件

如果你刚入行,正在寻找最佳3D建模软件,我们这里有几款推荐。

首先尝试一下Blender。这款软件不仅免费,而且还有很多教程以及一个强大的社区,是适合初学者的完美软件。开源3D计算机图形软件适用范围广泛,包括视觉特效、3D模型打印、交互式应用、视频游戏等等。

对于专业人员和高阶用户来说,如果一款软件能为每一步后期处理提供相应操作工具,那就是一款优秀软件。不妨试试Autodesk Maya,也被称为Maya。这款软件支持用户界面自定义设置,成为了视频游戏开发、3D建模、3D动画行业的最爱。决定付费使用前,可试用一个月。

Zbrush中的3D模型龙

另外,还可以尝试3ds Max,同样可以试用一个月。这款软件专门用于角色建模、动画和物品超现实渲染,这款软件速度快,操作方便。

如果你需要数字雕塑的软件,可以尝试ZBrush。ZBrush能处理大量多边形构成的高聚合模型,并因此著称,配合Artec Studio使用时,效果极佳。其他类似软件包括3D-Coat或Autodesk Mudbox。

如果你需要CAD建模软件,可以考虑SOLIDWORKS,这是工业标准级别的机械设计软件。工程师和设计师将SOLIDWORKS用于零件和装配建模,具有模拟功能和绘图、装配工具。其他推荐的CAD软件有AutoCAD、Fusion 360或Rhinoceros。

许多工作室也在使用这些软件,如你打算创建3D模型,那么一定会与其中至少一款打交道。

모델 #2:3D 스캐닝

使用结构光开云体育手机版登入 仪为内燃机曲轴进行开云体育手机版登入

创建3D模型的第二种方法是扫描。CAD或多边形建模支持从头设计,但开云体育手机版登入 有所不同,你可以为现实生活中的物体、人、环境制作精确的数字副本。这种方法可以独立使用,但更多的时候可以作为已有建模工艺的补充,将扫描结果导出至CAD软件,进行改造设计或检查,也可以导出至多边形建模或雕塑软件进行进一步润色修改。

要点:

多边形建模支持从头开始设计模型,但开云体育手机版登入 不同,你可以根据真实物体、人、环境制作精确的副本。该方法可以独立使用,也可以融入其他建模工艺。

开云体育手机版登入 采用的技术不同,扫描过程也有有所不同。常见产品类型包括结构光开云体育手机版登入 仪、激光三角测量开云体育官方首页登录入口 、时差测距激光开云体育官方首页登录入口 等等。现在的一些智能手机和平板电脑也可以作为开云体育官方首页登录入口 使用,这要归功于内置或附加的传感器,设备才能感知三维世界。但无论使用何种技术,开云体育手机版登入 仪的最终效果都是一样的,即生成真实物体的三维模型,可用于从CAD到逆向工程、质量检测到遗产保护、CGI等多种场景。

下面我们介绍几个开云体育手机版登入 与传统3D建模结合使用的案例。

开云体育手机版登入 与CAD

精确采集物体几何信息是开云体育手机版登入 的用途之一,并用于分析、逆向工程,或检查是否存在缺陷、是否与原始CAD模型或草图存在偏差。如果找不到某个产品的三维或平面CAD文件,这一方法就特别有用。你无需花几个小时的时间,从头开始建模,只要扫描一下,几分钟后,就会显示在屏幕上。和传统建模、接触式测量法(如CMM)相比,这一方式不仅更快,而且更精准。

开云体育手机版登入 仪搭配旋转台,扫描机械部件用于逆向工程

除了三维复制能力,开云体育手机版登入 仪还支持定制化解决方案,传统建模是不可能实现的。例如,医生和医疗专业人员使用开云体育手机版登入 ,为病人设计贴合身材的解决方案,如根据病人的脊柱扫描定制轮椅、定制鞋底或定制假肢。

开云体育手机版登入 与多边形建模与雕塑

如需追求极高的逼真度,开云体育手机版登入 仪也是一款常用工具,这点多边形建模或雕塑法有时无法实现。许多体育游戏工作室使用开云体育手机版登入 仪扫描知名运动员的脸部,使3D形象看起来更逼真。电影公司也会使用开云体育手机版登入 仪,来设计超现实的3D资产(如武器或车辆)时,或根据真实演员的造型来新建角色与其花几个小时从头开始设计,不如用开云体育官方首页登录入口 扫描现实生活中的实物或人,然后上传模型,在常用3D设计软件中进一步编辑。

编辑开云体育手机版登入 仪采集的第一人称射击游戏角色3D模型

摄影测量法

在某些情况下,除了开云体育手机版登入 和3D建模外,一些专业人员也会采用另一种建模方法——摄影测量法。这种方法和开云体育手机版登入 类似,通过用相机(或多个相机)为现实世界中存在的物体拍摄多张照片,拼接后创建3D模型。

多机位摄影测量设备用于全身开云体育手机版登入

然而,与开云体育手机版登入 相比,这个过程要从各个角度捕获物体,并拍摄数百张照片,因此更为耗时。此外,也不能像开云体育手机版登入 仪那样实时构建模型,这样就无法及时发现问题,也无法及时修复。

摄影测量法的主要优点是物体再现的纹理质量特别高,超过了大多数开云体育手机版登入 仪。然而,这种方法的缺点是精确度欠佳。为了实现纹理和几何最佳效果,建议同时使用开云体育手机版登入 仪和摄影测量法。

3D模型存储和销售平台

三维模型完成后,使用和分享的途径也有很多。如果模型仅供内部使用,可以把它存储在电脑上,或者上传到文件共享平台,如Dropbox。如果你想分享的人没有兼容的3D软件,或许可以上传到某些网站,不仅支持模型存储,也支持他人查看和下载。

许多网站支持3D模型的存储和销售。有些网站,如Sketchfab或Turbosquid的Kraken,支持创建自己的模型作品集,供私人和公众查看。例如,在Sketchfab中,你不仅可以上传模型,还能调整光线和其他参数,并获得一个嵌入代码,这样就可以像发布优酷视频或微博一样将其发布到网站上。

有些平台,包括Sketchfab、Turbosquid、CGTrader和Quixel,不仅支持3D模型的存储,还能将模型出售给感兴趣的顾客。像Unity和Unreal Engine这样的游戏引擎有自己的3D模型市场,游戏开发者可以在这里为他们的游戏购买3D资产。

最受欢迎的3D建模和设计软件开发者(如Autodesk),都有自己的3D模型浏览网站,可以直接从软件中上传3D模型。同样,像Artec Studio这样的3D扫描软件也可以做到这点,支持将最终的3D模型导出到原生3D查看器ViewShape中。

结论

综上所述,我们有各种方法来创建3D模型。如果需要为尚不存在或全新的物体建模,可以用3D建模软件。如果需要对已经存在的物体建模,则可以考虑开云体育手机版登入 。不仅可以节省时间和精力,还能得到精准的效果,这或许是传统建模工具永远无法实现的。

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作者:
svetlana_golubeva

Svetlana Golubeva

科技记者
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