例談Rhino與3DsMax在建模方式上的區別

林瓊昭

摘? ?要：現如今，“3D建模”技術的應用已經十分廣泛，而Rhino和3Ds Max則是3D建模領域最常見的兩款軟件。這兩款軟件有著共通性，也有各自的特殊性。而其中最重要的特殊性便是Polygons建模和NURBS建模的本質區別。通過軟件分析實例操作演示可以看出，雖然兩種軟件都可以達到相似的建模效果，但建模過程有著各自的特點與區別。讀者應根據自己的學習及工作需要選擇合適的軟件，更好地提升工作效率和競爭力。

關鍵詞：3D建模;Polygons建模;NURBS建模;實例解析

引言

“3D建模”技術是當今發展迅速、應用廣泛的一門技術。“3D建模”顧名思義，就是通過三維制作軟件通過虛擬三維空間構建出具有三維數據的模型[ 1 ]。如今，3D技術的應用已經在生活中隨處可見。電影中那些現實中不存在的特效場面，游戲中逼真的虛擬人物和虛擬場景，建筑設計中常見的效果圖，工業設計中的各類零部件圖紙，地理信息系統中的三維地形圖，這些都要通過3D建模技術來實現。3D建模技術已經被廣泛運用于影視、游戲、建筑、工業、軍事、地理和醫學等各行各業中。

隨著3D建模技術的發展，相關的軟件也日漸豐富。現如今流行的3D軟件包括3Ds Max、Maya、C4D、ZBrush、Rhino等等。它們建模的方式不同，操作特點不同，適用的范圍也不同。本文著重選取了兩款典型的三維軟件：3Ds Max和Rhino，比較它們各自的特點和應用的領域，并通過實際案例的操作來呈現它們的不同之處。

1? 軟件介紹

1.1? 3Ds Max

3Ds Max是美國Autodesk公司旗下的一款知名的三維建模、渲染和動畫制作軟件。它的歷史十分久遠，可以追溯到1990年在DOS系統上推出的3D Studio軟件，至今已經歷了近30年的發展，可以稱得上是最老牌的三維軟件[ 2 ]。3Ds Max最大的特點是它的功能極其豐富，包含了數十種甚至上百種的建模、渲染和動畫命令，加上諸多為其量身打造的第三方插件，使得3Ds Max的應用范圍覆蓋了廣告、影視、游戲、三維動畫、工業設計和建筑設計等領域。

在建模方面，3Ds Max分為基礎建模和高級建模兩類。除了各種基本幾何體和圖形的建模之外，高級建模也分為3種：網格多邊形（Polygons）建模，面片建模和NURBS建模。其中Polygons建模是3Ds Max中最傳統，最經典，也是最常用的建模方式。Polygons建模簡單來說，就是將一個對象轉化為可編輯的多邊形對象，多邊形對象只保留基本的點線面幾何關系，通過各種命令調整點線面關系來實現對物體的編輯。從理論上來說，只要是有一定體積的物體，無論其形態多自由、多復雜，都可以轉化為近似的多邊形對象，只是隨著物體自身的復雜程度和對物體的擬合程度增加，多變形的對象的面數也會相應地增加。

Polygons建模方式，可以說類似現實中的“捏泥塑”。通過鼠標、鍵盤的操作不斷調整多邊形對象的點、線、面關系，使其越來越接近我們想要的造型，這與雕塑家用手和工具把模坯塑造成最后想要的樣子，本質上是相同的。只不過，軟件將一些“雕塑家”們常用的手法編成了各種命令來簡化建模的過程。Polygons建模中常見的切分（Chamsfer），倒角（Extrude Edges），車削（Turning），擠壓（Squeenze），放樣（Soft）等命令，同樣來自現實中手工加工或機械加工的術語[ 3 ]。正因Polygons建模這種非常表觀的操作方式，它具有易理解、易上手、易掌握、適合初學者的特點。同樣的，Polygons建模的適用性也更強，因為現實中的任何物體，都能用多邊形的方式近似模擬出來，只是建模的難易度和效率有所區別。

然而，Polygons建模也有很大的局限性。首先，Polygons建模無法做出真正的曲線效果。甚至做出一個真正的“球體”都是不可能的，因為Polygons建模中沒有“曲線”和“曲面”的概念，任何的線都是直線和線段，任何的面都是平面，而曲線和曲面，只能通過一定數量的線段和面片近似地表現。而今天隨著模型的精度要求越來越高，模型的線段數和面數也在成指數級地增長，一個成品模型可能包含數十萬、甚至數百萬的面，這導致Polygons建模變得越來越占用電腦內存資源。而想要對面數如此之多的模型進行編輯也變得非常困難。Polygons建模的另一個局限性在于，隨著工業技術的迅速發展，具有流暢曲線和幾何美感的工業產品造型逐漸占據了主流，而這樣的造型用Polygons建模難以做到的。前面也說過，Polygons建模的操作方式類似于“做手工”，想用它建出優美的曲面，就像用手捏出流線型跑車一樣困難。即使最后做出了近似的曲面效果，也會充滿手工的粗糙感。因此，為了滿足工業產品的設計需求，人們開始尋找更好的建模技術替代Polygons建模。

1.2? Rhino

Rhino是美國Robert McNeel & Assoc公司開發的專業3D造型軟件。相比于3Ds Max這樣的老牌軟件，Rhino的歷史要短的多，體量也比占用幾個GB的3Ds Max小得多，只有幾十MB。較小的體量決定了Rhino的功能要少于前者。Rhino的功能以建模為主，同時也有簡單的動畫功能，不具備渲染功能。但是Rhino的建模功能卻是非常強大，且有著鮮明的特點。與3Ds Max不同的是，Rhino使用NURBS建模技術。NURBS是Non-Uniform Rational B-Splines（非均勻有理B樣條曲線）的縮寫[ 4 ]。NURBS建模技術是近年來興起的一種三維建模技術，與Polygons建模不同，NURBS建模是通過曲線、曲面來定義和編輯對象的。正因如此，NURBS特別適合用于創建光滑且復雜的形體，尤其是具有強烈幾何感的拓撲結構，比如珠寶、跑車和工業零件等等。Rhino的NURBS建模功能十分全面，且操作簡單便捷。雖然3Ds Max也包含了NURBS建模，但因為其功能單一，操作不便，遠不如它的Polygons建模那般強大，因此早已被Rhino這樣的軟件所取代。

Rhino自身的NURBS建模技術有著獨特的優勢。首先，NURBS技術允許建模者從一開始就能繪制各種形狀的曲線和曲面，用戶通過控制頂點、權因子或者節點的值從而嚴格控制曲線或曲面的形狀，這表示所有的曲線和曲面都是被精確定義的，而非用多邊形近似模擬的結果;其次，Rhino的NURBS建模工具十分豐富，功能強大，具有眾多強有力的幾何造型配套技術（如節點插入、細分、升階等），用戶只需要一些簡單的操作就能完成復雜的曲線或曲面編輯工作，建模過程變得更加快捷;除此之外，NURBS建模還有一大優勢，就是在機械自動化和3D打印方面應用廣泛，世界領先的庫卡（KUKA）機械臂，只要通過Rhino平臺和相關插件就能完成產品加工的工作。這也是為什么在今天，Rhino這款軟件受到了制造業的廣泛青睞。

2? 建模實例

這一部分將通過實例操作來直觀展現3Ds? Max與Rhino在建模方式上的不同。選擇建模的對象是如圖所示的一個創意水壺（圖1）。該水壺的形態是富有動感和曲線美的幾何形。上文中說過，對于這種光滑的曲線結構，更適合用NURBS建模技術來完成，但實際上Polygons建模技術同樣能做出這樣的模型。

2.1? 3Ds Max操作過程

（1）在前視圖中創建一平面，長寬與參考圖尺寸相當，并將參考圖作為材質賦予該平面。

（2）在壺頸位置創建一個圓柱體，參照圖片調整其直徑和高度（圖2）。

（3）選中圓柱體，右鍵選擇“轉換為—轉換為可編輯多邊形”。

（4）選中圓柱體底部的面，使用“擠出”命令擠出新的面，并用縮放工具和移動工具調整其大小和位置，使其和背景圖吻合。

（5）使用相同方法不斷擠出圓柱體，最終得到如圖3所示的多邊形。

（6）選擇壺體頂部的面，使用擠出命令，并用旋轉工具調整，作為壺口（圖4）。

（7）選中壺嘴部分的線段，使用“連接”命令進行細分。

（8）選中右側修改列表中的“軟選擇”，調整該部分的頂點，使其形成壺嘴的形狀（圖5）。

（9）接下來制作壺柄部分，選擇圖中的面，使用擠出命令，并參照背景圖調整擠出后的頂點（圖6）。

（10）用此方法繼續擠出和調整，直到形成壺柄的大體形狀（圖7）。

（11）用“移除”命令刪去多余線段，最后得到如圖7的多邊形。

（12）選中上邊緣的線段，使用切角命令，切角值為15。

（13）在右側修改列表中找到“細分曲面”欄，選擇“使用NURMS細分”，將下方的迭代次數改為2，最終的建模效果如圖所示（圖8）。

2.2? Rhino操作過程

（1）在工具欄中選擇“工作視窗配置—背景圖—放置背景圖”，導入水壺的前視圖。

（2）用“控制點曲線”描出壺身的輪廓。

（3）在壺口位置畫一個圓。并用“切割（Split）”命令切去一半，再用“鏡像（Mirror）”命令補全。

（4）用類似方法依次畫出其余曲線（圖9）。

（5）使用“雙軌掃掠”命令，依次選擇壺身和壺口的曲線，建出壺身的曲面（圖10）。

（6）在壺身的曲面上畫出如下曲線，并用“切割”命令切出壺嘴部分的曲面（圖11、12）。

（7）使用“縮回已修建曲面”命令，選擇部分控制點，用“二軸縮放”命令拉出壺嘴形狀（圖13）。

（8）制作壺柄部分，選擇如圖的曲線，并進行“放樣”，放樣選項如圖所示（圖14、15）。

（9）接下來制作壺柄與壺身的連接部分，在壺柄交接位置拉出兩條直線，并用“混接曲線”命令畫出交接曲線。將多余部分剪切刪去。

（10）選擇曲線，用“雙軌掃掠”命令建出曲面。

（11）使用“銜接曲面”命令，將連接部位與壺身的曲面相接，使其過渡更加自然。

（12）使用“鏡像”命令復制其余部分，使水壺模型完整。

（13）至此，水壺的大致形體就建模完成了，模型效果如圖16所示。

3? 結論

通過之前的建模過程可以看出，兩款軟件的建模方式有著本質上的差別。Rhino的建模是從曲線到曲面的過程。我們先用曲線工具勾勒出壺口、壺身、壺柄的基本形，然后用Rhino自身強大的曲面生成命令，如“放樣”“雙軌掃掠”等構建曲面，最后用“銜接曲面”“鏡像”等命令優化曲面，生成完整的物體，這是典型的NURBS建模過程。而3Ds Max的建模則是從一個標準的幾何體（圓柱體）開始，將其轉化成可編輯多邊形后，用“擠出”“變形”“切割”等命令逐步將其塑造成我們建模對象的近似物體，最后，用3Ds Max自帶的NURMS細分，將其轉化為光滑的曲面結構，這是Polygon建模最常用的手法。

通過兩種建模方式最后都能得到我們想要的模型效果，但比較而言，Rhino的建模過程更加簡潔、清晰、直觀，而3Ds Max的建模過程則更加復雜繁瑣。這是因為NURBS建模更適合水壺這樣的規則曲面結構，但對于一些形狀不規則的物體，如生物體、地形、布料等等，Polygon建模則更有用武之地。在今后的學習及工作過程中，我們也要善于根據自己的需要，選擇合適的軟件，才能更好地提升工作效率和競爭力。

參考文獻：

[1]何成.虛擬現實場景中三維建模的關鍵技術研究[J].科技視界，2018（35）：244-245.

[2]鄭付聯.3D MAX建模技術及其優化的研究[J].大眾科技，2010（2）：43-44.

[3]杜鶴民，張淑梅.基于Polygon的雕塑法計算機輔助造型設計方法[J].計算機技術與發展，2015，25（10）：205-208，213.

[4]張廷霞. Rhino3D軟件的NURBS建模在日用陶瓷造型設計中的應用[D].景德鎮：景德鎮陶瓷學院，2010.