浅谈不同的3D建模方式
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，我们将介绍主流的3D建模方法，包括如何从头开始设计模型，到如何用三维扫描仪完成数字化
方式
参数化建模、多边形建模、数字雕塑、三维扫描、摄影测量
软件
Blender,AutodeskMaya,ZBrush,SOLIDWORKS,ArtecStudio
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模型主流的方式，即从CAD和多边形建模到三维扫描。我们还将讨论常见的建模软件，并就“何时从无到有设计模型，何时使用三维扫描仪”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PeterSimonischek查看自己栩栩如生的半身像，三维扫描后制作而成
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。
使用三维扫描仪修复霸王龙足部
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，通过三维扫描仪制作成数字模型。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，再安排三维扫描了（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
在CAD软件中设计3D模型
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。
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
汽车的多边形网格模型
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。
数字雕塑
这种方法也被3D艺术家用于游戏和动画电影中，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3D建模软件
如果你刚入行，正在寻找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AutodeskMaya，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动画行业的选择。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3dsMax，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ArtecStudio使用时，效果佳。其他类似软件包括3D-Coat或AutodeskMudbox。
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。
使用结构光三维扫描仪为内燃机曲轴进行三维扫描
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，但三维扫描有所不同，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，但三维扫描不同，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。
三维扫描采用的技术不同，扫描过程也有有所不同。常见产品类型包括结构光三维扫描仪、激光三角测量扫描仪、时差测距激光扫描仪等等。现在的一些智能手机和平板电脑也可以作为扫描仪使用，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，三维扫描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。
下面我们介绍几个三维扫描与传统3D建模结合使用的案例。
三维扫描与CAD
精确采集物体几何信息是三维扫描的用途之一，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。
三维扫描仪搭配旋转台，扫描机械部件用于逆向工程
除了三维复制能力，三维扫描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三维扫描，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。
三维扫描与多边形建模与雕塑
编辑三维扫描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，除了三维扫描和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。这种方法和三维扫描类似，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。
然而，与三维扫描相比，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，也不能像三维扫描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。
多机位摄影测量设备用于全身三维扫描
摄影测量法的主要优点是物体再现的纹理质量特别高，超过了大多数三维扫描仪。然而，这种方法的缺点是精确度欠佳。为了实现纹理和几何效果，建议同时使用三维扫描仪和摄影测量法。
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UnrealEngine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。
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ArtecStudio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，则可以考虑三维扫描。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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