三維建模技術概述

劉玉姍 肖渝梅

摘 要：本文主要從三維建模軟件、三維建模流程、以及三維建模軟件中插件的運用三個方面對三維建模技術進行了介紹，三維建模流程對3dsmax軟件的建模流程進行了詳細介紹，插件部分對C4D的常用插件進行了介紹。

關鍵詞：三維建模;三維建模軟件;建模流程;插件

三維模型是物體的多邊形表示，通常用計算機或者其它視頻設備進行顯示。顯示的物體可以是現實世界的實體，也可以是虛構的物體。三維模型已經用于各種不同的領域，電影行業將它們用于活動的人物、物體以及現實電影;視頻游戲產業將它們作為計算機與視頻游戲中的資源;在科學領域將它們作為化合物的精確模型;建筑業將它們用來展示提議的建筑物或者風景表現;工程界將它們用于設計新設備、交通工具、結構以及其它應用領域。三維模型經常用三維建模工具這種專門的軟件生成。

一、常用的三維建模軟件介紹

1、3DSMAX

3D Studio Max常簡稱為3ds Max，是Discreet公司開發的（后被Autodesk公司合并）基于PC系統的三維動畫渲染和制作軟件。其前身是基于DOS操作系統的3D Studio系列軟件。在Windows NT出現以前，工業級的CG制作被SGI圖形工作站所壟斷。3D Studio Max + Windows NT組合的出現一下子降低了CG制作的門檻，其首先開始運用在電腦游戲中的動畫制作，后更進一步開始參與影視片的特效制作，現在更多的應用于室內建模。

2、C4D：

C4D全名CINEMA 4D，德國MAXON出的3D動畫軟體，是老牌的三維軟件， 能夠進行頂級的建模、動畫和渲染的3D工具包。它是享有電影級視覺表達能力的3D制作軟件，由于其出色的視覺表達能力已成為視覺設計師首選的三維軟件。

C4D技術現在流行于電商設計，在平面設計、UI設計、 工業設計、影視制作方面也是廣泛運用，很多電影大片的人物建模也都是用C4D來完成。

3、Maya

Maya是美國Autodesk公司出品的世界頂級的三維動畫軟件，應用對象是專業的影視廣告，角色動畫，電影特技等。May渲染真實感極強，是電影級別的高端制作軟件。

集成了Alias/Wavefront 最先進的動畫及數字效果技術。不僅包括一般三維和視覺效果制作的功能，而且還與最先進的建模、數字化布料模擬、毛發渲染、運動匹配技術相結合。可在Windows NI 與 SGI IRIX 操作系統上運行。在目前市場上用來進行數字和三維制作的工具中，Maya 是首選解決方案。

二、三維建模流程

數據預處理：? A、 將建模后得到的物體的幾何模型數據轉換成可直接接收到的基本圖形的形式，如：點、線、（三角）面等;

B、對影像數據如紋理圖像進行預處理，包括圖像格式的轉換、圖像質量的改善及影像金字塔的生成等。

參數設置：三維場景進行渲染前，需要先設置線管的場景參數值，包括光源性質（鏡射光、漫射光和環境光）、光源方位（距離和方向）、敏感處理方式（平滑或平面處理）和紋理映射方式等。此外，還需設定視點位置和實現方向（通過設 置觀察點指定）等參數。

投影變換： 確定觀察者和物體間的相對位置后，還要決定物體投影到屏幕上的方式。投影變換一般分為透視投影變換和正射投影變換兩類。正交投影直接把物體投影到屏幕上，不改變其相對尺寸，反應物體的真實大小，主要用于工程圖紙;透視投影遵守物體近大遠小的投影規則，與攝影或人的視覺效果相似，有較強的立體感，所以在建立三維場景時通常采用透視投影變換。

視口變換：經光照模型計算可獲得可見面元二維影像的明暗值，從而顯示形成模型的濃淡渲染圖。光照模型應考慮由環境分布光源綜合引起的泛光、穿過物體表面被吸引并重新發射出來的漫反射光、由物體表面光潔度產生的鏡面反射光（高光）等效應，最終以不同顏色（256 種）及其不同亮度（16 級）表現不同要素的表面光照特性。

消隱處理：為改善圖形的真實感，消除多義性，在現實過程中應該消除實體中被隱蔽的部分，這種處理稱為消隱。代表的算法有畫家算法、深度緩沖區算法和光線跟蹤算法。

紋理映射：為了增加模型的逼真性和現實性，可以在三維模型的灰度圖上增加紋理使其成為具有紋理映射的三維模型。目前主要有從影像圖上提取紋理和按照一定公式計算紋理兩種方法對模型增加紋理映射。

各軟件的具體流程細化后略有不同，以3dsmax為例介紹其建模一般流程：

（1）數據搜集與整理：將搜集好的數據繪成地形圖將紙質地形圖及校園規劃圖經過掃描數字化后導入計算機，經圖像配準后進行矢量化，然后將拍攝得到的貼圖資料導入計算機，利用Photoshop 軟件對其進行處理，備三維模后貼圖用。

（2）模型建立：模型的生成- -般有3種方法，即多邊形、面片及NURBS建模，常用的立體圖制作使用多邊形建模，這樣可以描述足夠的細節，創建任何表面。三維模型的制作是依據AutoCAD對其進行矢量跟蹤數字化，將CAD格式的地圖導入到3DMax中，其底圖在3DMax中形成一個很小的透視線條組，此時必須將頂視圖（Top-view）， 前視圖（Front view）， 左視圖（Left view）， 透視圖（Perspective view）中的底圖按比例拉伸成具有一定高度的實體模型，即可以每增加一層在圖上拉伸2.4mm。

（3）背景燈光的設置：燈光是用來模擬真實照明的一-類特殊對象，是構成場景的重要組成部分。在精美模型、真實材質的情況下，燈光效果的好壞直接影響整體的效果。

（4）成果輸出：燈光設置完成后，便可以進行渲染地圖的輸出了。

三、插件運用

插件（Plug-in，又稱addin、add-in、addon或add-on，又譯外掛）是一種遵循一定規范的應用程序接口編寫出來的程序。其只能運行在程序規定的系統平臺下（可能同時支持多個平臺），而不能脫離指定的平臺單獨運行。運用插件可以幫助我們更快速的建模、制作燈光、材質等。下面對平時常用的C4D插件及功能進行介紹

第一款：超實用Forester

Forester是一個植被創建插件，可以生成無數種草，樹和植物，并且還附帶有巖石發射器和散射功能，稱為Multicloner。它的最新更新還與C4D的著色器集成在一起，因此可以為葉子隨機著色。

第二款：JSplacement

JSplacement一個自帶科技感的插件。他是一個紋理生成軟件。支持生成和導出置換貼圖，法線貼圖，可用于各種三維軟件和渲染中的置換，貼到置換通道里就可以輕松做出電子科技風格的效果。

第三款：超級布爾 MeshBoolean

C4D自帶的布爾效果，如果涉及多個布爾運算經常會出現破面，而且布爾后的模型倒角也經常讓我們頭疼使用超級布爾這個插件對一個物體進行多次布爾運算，實現復雜的模型制作，并且輕松解決布爾后模型倒角問題。

第四款：Light Kit Pro3.0

Light Kit Pro3.0的提供了一個完整且可完全自定義的照明解決方案，提供了各種逼真的照明、面板和柔光箱等，可用來改善場景的照明。它易于使用，并且對渲染器Octane，Arnold和Redshift都支持。

作者簡介：

劉玉姍：（1998.5-），女，學生，學號：2017551125，成都銀杏酒店管理學院信息工程管理系2017級數字媒體技術本科1班;指導教師：肖渝梅