概要

3D模型無(wú)處不在。我們見(jiàn)到的每個(gè)實(shí)物都有自己的3D模型，并廣泛應用于各個(gè)行業(yè)。在本指南中，我們將介紹主流的3D建模方法，包括如何從頭開(kāi)始設計模型，到如何用三維掃描儀完成數字化

方式

參數化建模、多邊形建模、數字雕塑、三維掃描、攝影測量

軟件

Blender, Autodesk Maya, ZBrush, SOLIDWORKS, Artec Studio

模型平臺

Sketchfab, Turbosquid, CGTrader, Quixel

簡(jiǎn)介

你是否想過(guò)自己周?chē)卸嗌?D模型？現在開(kāi)始，你將用一種全新的眼光看世界。電視、電影、動(dòng)畫(huà)片、商業(yè)廣告、視頻游戲、社交媒體、移動(dòng)應用程序、VR等等，都有3D模型。那手里拿著(zhù)的杯子、桌上的筆、駕駛的汽車(chē)、坐著(zhù)的椅子呢？很多你能想象得到的物體，曾幾何時(shí)，也只是個(gè)3D模型。

那這些模型是怎么制成的呢？

本文將介紹3D建模的基礎知識，了解創(chuàng )建3D模型主流的方式，即從CAD和多邊形建模到三維掃描。我們還將討論常見(jiàn)的建模軟件，并就“何時(shí)從無(wú)到有設計模型，何時(shí)使用三維掃描儀”談?wù)勑牡皿w會(huì )。

我們開(kāi)始吧！但開(kāi)始之前，先解釋一個(gè)問(wèn)題…

什么是3D模型？

建模軟件中機械部件的3D模型

在計算機圖形學(xué)中，3D模型是在專(zhuān)用軟件中為某個(gè)表面或物體創(chuàng )建的數字形象。三維空間中的一系列點(diǎn)，由各種幾何體連接（如三角形、線(xiàn)、弧面等），以此來(lái)代表一個(gè)物理實(shí)體。有些情況下，3D模型可以體現物體的大小、形狀和紋理。而構建這種形象的過(guò)程即為3D建模。

3D模型的用途和使用方式

3D模型是許多創(chuàng )意型職業(yè)的一部分。3D模型是工程師和設計師設計流程的一部分，用于新品研發(fā)或產(chǎn)品改造。建筑師將3D模型用于建筑物、景觀(guān)和室內的視覺(jué)展示，可以代替傳統建筑模型，也能作為有益補充。

游戲設計師廣泛采用3D建模法，為游戲機游戲、電腦游戲和移動(dòng)游戲制作3D資產(chǎn)和角色。

奧地利演員Peter Simonischek查看自己栩栩如生的半身像，三維掃描后制作而成

電影制作者將3D模型用于角色特效，也能為動(dòng)畫(huà)和真人動(dòng)畫(huà)制作各類(lèi)物體。

醫療行業(yè)也借助3D模型完成身體解剖結構數字化，定制醫療解決方案，如假體、矯形器、種植牙，展示整形手術(shù)效果等等。

使用三維掃描儀修復霸王龍足部

科教部門(mén)的應用方式同樣多種多樣，包括遺跡與文物保護、化合物可視模型、地質(zhì)模型等等。

3D建模的兩種主要方式

雖然3D建模的方法有很多，但主要可以歸為兩種：在3D建模軟件中構建模型，或將現實(shí)世界中的某個(gè)物體，通過(guò)三維掃描儀制作成數字模型。下面，我們來(lái)分析一下兩種方式各自的優(yōu)缺點(diǎn)，為你找到合適的方式。

方式一：3D建模

工業(yè)設計師正在設計新產(chǎn)品原型

創(chuàng )建3D模型的第一種方法是使用專(zhuān)門(mén)的3D建模軟件從零開(kāi)始。各行各業(yè)的專(zhuān)業(yè)人士都在廣泛使用這種方式，包括工程師、工業(yè)設計師、建筑師、CGI藝術(shù)家等等。

要點(diǎn):

如果你要設計全新產(chǎn)品，沒(méi)有實(shí)物參照，那么3D建模不僅可以讓你放飛想象力，還能把創(chuàng )意變?yōu)楝F實(shí)。

這種方法的偉大之處在于，你可以設計一些還不存在的物體，絕對獨一無(wú)二，比如汽車(chē)新部件或者視頻游戲中的奇幻生物；當然也適合已經(jīng)存在但無(wú)法掃描的東西。

例如，如果你需要一個(gè)世界著(zhù)名建筑物的模型，但是它距離你的所在地非常遙遠，那么借助照片和視頻資料，從零開(kāi)始創(chuàng )建一個(gè)3D模型更劃算，你不用親自前往，再安排三維掃描了（而且如果是歷史建筑，掃描起來(lái)可不簡(jiǎn)單?。?，這可能會(huì )更容易，而且成本效益更高。又或者，你需要設計一些還沒(méi)有被創(chuàng )造出來(lái)的新物體，那么3D建?？梢宰屇惴棚w想象力，并將其變?yōu)楝F實(shí)。

有多種不同的3D建模技術(shù)和建模軟件，支持從零開(kāi)始設計模型。這取決于你想要創(chuàng )建何種對象，以及預期應用是什么。

參數化建模

在 CAD軟件中設計3D模型

工程師和設計師設計全新零件和組件的真實(shí)計算機模型時(shí)，參數化3D建?；駽AD（計算機輔助設計）是首選方法。我們日常接觸的幾乎所有現代產(chǎn)品都是用三維CAD建模法設計的。

通過(guò)這種方法，設計師創(chuàng )建的3D模型所有參數，可以和實(shí)物完全相同：材料、重量、尺寸、光學(xué)參數、物理參數等等。這些模型隨后可以進(jìn)行3D打印或數控加工，也可以用來(lái)運行復雜的模擬。例如，你可以設計組件，看它們是否相匹配，測試壓力下的反應，監測液體如何穿過(guò)它們，通過(guò)模擬評估制造方式等等。

多邊形建模

汽車(chē)的多邊形網(wǎng)格模型

你所見(jiàn)過(guò)或玩過(guò)的幾乎所有視頻游戲或科幻電影，都離不開(kāi)這項技術(shù)。多邊形模型是由多邊形組成的：平面、二維幾何、三角形或四邊形，藝術(shù)家通過(guò)改變這些多邊形來(lái)構建3D網(wǎng)格。與CAD建模不同，這種技術(shù)更多以概念為導向，而非測量。動(dòng)畫(huà)和視頻游戲工作室使用多邊形建模完成很多設計，從電影和游戲人物到各種三維資產(chǎn)，如武器、盔甲、車(chē)輛和整個(gè)虛擬世界。

數字雕塑

這種方法也被3D藝術(shù)家用于游戲和動(dòng)畫(huà)電影中，適合創(chuàng )建形狀自然且線(xiàn)條圓潤的超現實(shí)物體。該方法也被用于創(chuàng )建設計、草圖和3D打印的原型模型。這一過(guò)程和用粘土或石頭等真實(shí)材料進(jìn)行雕刻非常相似。使用類(lèi)似刷子的雕刻工具，你可以處理物體的多邊形網(wǎng)格，推、拉、扭轉各幾何部分，也能增加額外的幾何來(lái)模仿自然結構。與多邊形建模相比，數字雕塑需要更多的藝術(shù)技巧，而且需要格外仔細，也更耗時(shí)。所以在多數情況下，這些方法會(huì )同時(shí)使用：首先對物體進(jìn)行建模，然后發(fā)送給三維雕塑家進(jìn)行細節處理，完成形最終造型。

在數字雕塑軟件中設計電視節目形象

無(wú)論使用何種方法，選對合適的建模軟件都很重要，這些軟件必須包含所有必要的工具，才能讓你完成3D建模。

適合新手的3D建模軟件

如果你剛入行，正在尋找3D建模軟件，我們這里有幾款推薦。

首先嘗試一下Blender。這款軟件不僅免費，而且還有很多教程以及一個(gè)強大的社區，是適合初學(xué)者的完美軟件。開(kāi)源3D計算機圖形軟件適用范圍廣泛，包括視覺(jué)特效、3D模型打印、交互式應用、視頻游戲等等。

對于專(zhuān)業(yè)人員和高階用戶(hù)來(lái)說(shuō)，如果一款軟件能為每一步后期處理提供相應操作工具，那就是一款優(yōu)秀軟件。不妨試試Autodesk Maya，也被稱(chēng)為Maya。這款軟件支持用戶(hù)界面自定義設置，成為了視頻游戲開(kāi)發(fā)、3D建模、3D動(dòng)畫(huà)行業(yè)的選擇。決定付費使用前，可試用一個(gè)月。

Zbrush中的3D模型龍

另外，還可以嘗試3ds Max，同樣可以試用一個(gè)月。這款軟件專(zhuān)門(mén)用于角色建模、動(dòng)畫(huà)和物品超現實(shí)渲染，這款軟件速度快，操作方便。

如果你需要數字雕塑的軟件，可以嘗試ZBrush。ZBrush能處理大量多邊形構成的高聚合模型，并因此著(zhù)稱(chēng)，配合Artec Studio使用時(shí)，效果佳。其他類(lèi)似軟件包括3D-Coat或Autodesk Mudbox。

如果你需要CAD建模軟件，可以考慮SOLIDWORKS，這是工業(yè)標準級別的機械設計軟件。工程師和設計師將SOLIDWORKS用于零件和裝配建模，具有模擬功能和繪圖、裝配工具。其他推薦的CAD軟件有AutoCAD、Fusion 360或Rhinoceros。

許多工作室也在使用這些軟件，如你打算創(chuàng )建3D模型，那么一定會(huì )與其中至少一款打交道。

使用結構光三維掃描儀為內燃機曲軸進(jìn)行三維掃描

創(chuàng )建3D模型的第二種方法是掃描。CAD或多邊形建模支持從頭設計，但三維掃描有所不同，你可以為現實(shí)生活中的物體、人、環(huán)境制作精確的數字副本。這種方法可以獨立使用，但更多的時(shí)候可以作為已有建模工藝的補充，將掃描結果導出至CAD軟件，進(jìn)行改造設計或檢查，也可以導出至多邊形建?；虻袼苘浖M(jìn)行進(jìn)一步潤色修改。

要點(diǎn):

多邊形建模支持從頭開(kāi)始設計模型，但三維掃描不同，你可以根據真實(shí)物體、人、環(huán)境制作精確的副本。該方法可以獨立使用，也可以融入其他建模工藝。

三維掃描采用的技術(shù)不同，掃描過(guò)程也有有所不同。常見(jiàn)產(chǎn)品類(lèi)型包括結構光三維掃描儀、激光三角測量掃描儀、時(shí)差測距激光掃描儀等等?，F在的一些智能手機和平板電腦也可以作為掃描儀使用，這要歸功于內置或附加的傳感器，設備才能感知三維世界。但無(wú)論使用何種技術(shù)，三維掃描儀的最終效果都是一樣的，即生成真實(shí)物體的三維模型，可用于從CAD到逆向工程、質(zhì)量檢測到遺產(chǎn)保護、CGI等多種場(chǎng)景。

下面我們介紹幾個(gè)三維掃描與傳統3D建模結合使用的案例。

三維掃描與CAD

精確采集物體幾何信息是三維掃描的用途之一，并用于分析、逆向工程，或檢查是否存在缺陷、是否與原始CAD模型或草圖存在偏差。如果找不到某個(gè)產(chǎn)品的三維或平面CAD文件，這一方法就特別有用。你無(wú)需花幾個(gè)小時(shí)的時(shí)間，從頭開(kāi)始建模，只要掃描一下，幾分鐘后，就會(huì )顯示在屏幕上。和傳統建模、接觸式測量法（如CMM）相比，這一方式不僅更快，而且更精準。

三維掃描儀搭配旋轉臺，掃描機械部件用于逆向工程

除了三維復制能力，三維掃描儀還支持定制化解決方案，傳統建模是不可能實(shí)現的。例如，醫生和醫療專(zhuān)業(yè)人員使用三維掃描，為病人設計貼合身材的解決方案，如根據病人的脊柱掃描定制輪椅、定制鞋底或定制假肢。

三維掃描與多邊形建模與雕塑

如需追求高的逼真度，三維掃描儀也是一款常用工具，這點(diǎn)多邊形建?；虻袼芊ㄓ袝r(shí)無(wú)法實(shí)現。許多體育游戲工作室使用三維掃描儀掃描知名運動(dòng)員的臉部，使3D形象看起來(lái)更逼真。電影公司也會(huì )使用三維掃描儀，來(lái)設計超現實(shí)的3D資產(chǎn)（如武器或車(chē)輛）時(shí)，或根據真實(shí)演員的造型來(lái)新建角色與其花幾個(gè)小時(shí)從頭開(kāi)始設計，不如用掃描儀掃描現實(shí)生活中的實(shí)物或人，然后上傳模型，在常用3D設計軟件中進(jìn)一步編輯。

編輯三維掃描儀采集的第一人稱(chēng)射擊游戲角色3D模型

攝影測量法

在某些情況下，除了三維掃描和3D建模外，一些專(zhuān)業(yè)人員也會(huì )采用另一種建模方法——攝影測量法。這種方法和三維掃描類(lèi)似，通過(guò)用相機（或多個(gè)相機）為現實(shí)世界中存在的物體拍攝多張照片，拼接后創(chuàng )建3D模型。

然而，與三維掃描相比，這個(gè)過(guò)程要從各個(gè)角度捕獲物體，并拍攝數百張照片，因此更為耗時(shí)。此外，也不能像三維掃描儀那樣實(shí)時(shí)構建模型，這樣就無(wú)法及時(shí)發(fā)現問(wèn)題，也無(wú)法及時(shí)修復。

多機位攝影測量設備用于全身三維掃描

攝影測量法的主要優(yōu)點(diǎn)是物體再現的紋理質(zhì)量特別高，超過(guò)了大多數三維掃描儀。然而，這種方法的缺點(diǎn)是精確度欠佳。為了實(shí)現紋理和幾何效果，建議同時(shí)使用三維掃描儀和攝影測量法。

3D模型存儲和銷(xiāo)售平臺

三維模型完成后，使用和分享的途徑也有很多。如果模型僅供內部使用，可以把它存儲在電腦上，或者上傳到文件共享平臺，如Dropbox。如果你想分享的人沒(méi)有兼容的3D軟件，或許可以上傳到某些網(wǎng)站，不僅支持模型存儲，也支持他人查看和下載。

許多網(wǎng)站支持3D模型的存儲和銷(xiāo)售。有些網(wǎng)站，如Sketchfab或Turbosquid的Kraken，支持創(chuàng )建自己的模型作品集，供私人和公眾查看。例如，在Sketchfab中，你不僅可以上傳模型，還能調整光線(xiàn)和其他參數，并獲得一個(gè)嵌入代碼，這樣就可以像發(fā)布優(yōu)酷視頻或微博一樣將其發(fā)布到網(wǎng)站上。

有些平臺，包括Sketchfab、Turbosquid、CGTrader和Quixel，不僅支持3D模型的存儲，還能將模型出售給感興趣的顧客。像Unity和Unreal Engine這樣的游戲引擎有自己的3D模型市場(chǎng)，游戲開(kāi)發(fā)者可以在這里為他們的游戲購買(mǎi)3D資產(chǎn)。

受歡迎的3D建模和設計軟件開(kāi)發(fā)者（如Autodesk），都有自己的3D模型瀏覽網(wǎng)站，可以直接從軟件中上傳3D模型。同樣，像Artec Studio這樣的3D掃描軟件也可以做到這點(diǎn)，支持將最終的3D模型導出到原生3D查看器ViewShape中。

結論

綜上所述，我們有各種方法來(lái)創(chuàng )建3D模型。如果需要為尚不存在或全新的物體建模，可以用3D建模軟件。如果需要對已經(jīng)存在的物體建模，則可以考慮三維掃描。不僅可以節省時(shí)間和精力，還能得到精準的效果，這或許是傳統建模工具永遠無(wú)法實(shí)現的。