格拉斯哥大学3D建模操作的4个关键原则

3D建模是一个令人兴奋的多用途领域，你可以创建从简单物体到具有逼真细节的复杂场景的任何东西。但与其他技能一样，它需要操作者付出耐心、实践并具备扎实的知识基础。作为初学者，你需要学习所有基本概念、构成3D模型的基本构件、一些基本建模和材质创建技术以及创建第一个模型时最常见的错误和问题非常重要。现在让我们开始吧!

一、三维建模的基本构件：垂直、边缘和曲面

每个三维模型都是通过一组基本构件创建的，即顶点、边和面。这三个部分是每个三维模型的基础，用于创建所有三维模型的表面网格。

1.顶点

顶点是三维空间中的不同点，定义了网格的顶点和交叉点。顶点连接形成的边定义了网格的形状。这些边可以是直线或曲线，并以特定顺序连接顶点，形成物体的表面。

2.边

边定义了三维模型表面的边界。它们连接两个顶点，形成一条直线或曲线。在三维实体模型中，边是唯一可见的组成部分，因为它们定义了物体的形状。但单独的边并不能形成实体形状，必须将它们组合起来才能形成面。

3.面

面是三维模型中的面，通过按特定顺序连接边来形成封闭的多边形。这些多边形可以是直线或曲线，也可以是各种形状，如三角形、四边形或更复杂的多边形。面是三维模型的视觉外观，可以通过纹理和阴影来创建逼真的物体。

角、边和面共同构成了三维模型的曲面网格。表面网格代表了物体的形状和表面，可以通过操作和变换来创建不同类型的物体，包括人物、景观、建筑等。

了解顶点、边和面在三维建模中的作用非常重要，因为在创建和修改任何三维模型时，都需要操作这三个基本几何点中的部分或全部。例如，要改变三维物体的形状，必须移动、添加或删除顶点、边和面。此外，要创建更详细、更逼真的三维模型，还需要添加更多的顶点和边，以创建更复杂的表面网格。

二、模型操作的基本原则

要对 3D 模型的网格进行操作，通常需要使用 4 种主要操作技术中的一种。最常用的操作技术是布尔过程、选择和放置过程、参数化和程序化建模过程，最后但同样重要的是雕刻。

1.布尔处理

布尔处理是三维建模中使用的一种技术，通过组合或减去一个或多个对象或形状来创建复杂的形状。在三维建模中，布尔处理是通过 "切割 "或 "连接 "两个或多个形状来创建新形状的，其基础是布尔运算中的联合、相差和相交。

该过程将两个或多个物体或形状组合在一起，创建一个包含原始物体全部体积的单一物体。从一个物体减去另一个物体，创建的新物体只包含剩余物体的体积。相交操作创建的新对象只包含两个对象相交处的体积。

布尔运算过程尤其适用于创建复杂的形状，以及减去或增加具有复杂几何形状或复杂细节的形状。不过，需要注意的是，布尔运算过程有时会创建非畸形几何体，这可能会在 3D 打印过程中或将文件导出到其他软件时造成问题。因此，必须谨慎使用布尔运算过程，并确保生成的几何体是干净的。

2.拾取和放置过程

拾取和放置 "过程顾名思义可能很简单，但却是处理三维网格最常用的方法之一。要在三维建模中执行 "选取和放置 "操作，首先必须选择要移动的对象或组件。通常可以用鼠标点击对象，或使用选择工具从列表或菜单中选择对象。

选定对象后，可以使用 "移动 "等工具调整其在三维空间中的位置。这些工具通常允许你沿一个或多个轴(如 X、Y 或 Z 轴)移动对象，你可以使用数值或通过鼠标拖动对象来指定移动的距离或方向。

在某些情况下，作为 "拾取和放置 "操作的一部分，可能还需要旋转或缩放对象。例如，如果你要在一个较大的组合体中定位一个组件，可能需要旋转它以调整到正确的方向，或缩放它以匹配其他组件的大小。

一般来说，"拾取和放置 "是三维建模的基本操作，通过在三维空间中操作单个对象和组件，可以创建复杂而精细的模型。

3.参数建模和程序建模

参数建模和程序建模是三维建模的两种独特方法，可用于以更高的效率和灵活性创建复杂而精细的模型。

参数建模涉及使用参数或数学公式来定义 3D 物体的属性。这些属性包括大小、形状和位置，以及纹理、材料和动画等更复杂的属性。通过使用参数定义这些属性，你可以创建高度可定制的对象，并可根据需要轻松修改或更新。例如，如果要创建一个螺丝的参数模型，可以将螺距、螺纹直径和总长度定义为参数，然后根据需要调整这些值，创建不同尺寸和形状的螺丝。

4.雕刻

三维建模中的雕刻是通过添加或减少材料来创建和操作数字三维对象的过程，类似于在物理世界中使用粘土或其他材料进行雕刻，艺术家和设计师使用各种工具和技术来雕刻和塑造虚拟对象。

通过雕塑，艺术家可以处理不同程度的细节，从粗糙的形状开始，逐渐添加更多更复杂的细节，如皱纹、毛孔和纹理。这个过程包括使用刷子、刀具和平滑工具等工具，以模仿物理雕刻过程的方式操作数字对象的表面。

使用三维建模进行雕刻的优势之一是创作自由和艺术表现力。艺术家可以快速尝试不同的形状、形态和纹理，并随之改变。此外，雕塑经常用于角色建模和生物设计，在这些领域中，创建逼真且富有表现力的面部特征和身体形状的能力非常重要。

总之，雕塑是一种功能强大的 3D 建模技术，它允许艺术家和设计师创建复杂而细致的 3D 物体，可广泛应用于各种领域。

三、建模细分的主要类型

在创建任何三维模型的过程中，都会涉及到许多技术。三维建模的三种主要类型是实体建模、线框建模和曲面建模，每种类型用于不同的场景和情况。大多数三维工作流程都需要了解这三种主要建模类型。现在让我们来详细研究一下每种技术。

1.实体建模

实体建模是一种涉及对基本形状(如具有一定边数的球体和立方体)进行操作的技术。这一过程因所使用的软件而异，但通常以二维草图为起点，然后通过挤压来创建三维物体。实体形状可以组合在一起，创造出更复杂的形状。无论使用哪种方法，目标都是创建一个稳定、逼真的三维模型。

实体建模特别适合创建具有平面或具有平滑半径的简单曲线的物体。它也非常适合创建精确的尺寸和角度，因此是设计机械零件、机器和其他基本自然物体图像的常用方法。

2.线框建模

观察世界可以发现，现实中的物体不仅仅是立方体和球体等简单形状。要实现逼真的表现，仅靠实体建模是不够的，还需要更先进的技术。这就是线框建模的用武之地，它将形状表示为顶点网络，每个面至少由三个顶点组成。通过改变顶点的位置，可以改变模型的大小和形状。模型的逼真度由模型中多边形的数量(即线框形状的总数)来表示。所有流行的应用程序都允许对线框进行操作，包括 2023 年最流行的 3D 应用程序 Blender、Maya 和 3ds Max。

3.曲面造型

曲面建模是三种建模技术中最先进的一种，它使用引导线来定义零件的形状和曲率。然后，软件会创建一个连接这些线条的光滑表面。表面建模尤其适用于空气动力学和热力学设计，因为在这些设计中，围绕实体形状的流动至关重要。有些应用软件使用控制点或控制平面来代替网格线，但对曲面的强调会产生无法在现实世界中重现的视觉效果。

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