3D建模的四種主要類型

魔猴君  知識堂   3小時前

在本文中，我們將研究四種主要的3D建模類型及其優缺點，以及一些使用它們的程序。

3D建模的類型

您會選擇哪種建模技術？（來源：ThisIsEngineering via Pexels）

當代3D建模主要圍繞四種方法展開，每種方法各有優缺點。您遇到的大多數其他3D建模類型要么是這四種主要類型的子集，要么是針對特定目標的高度專業化的建模類型。

實體建模適用于立方體、圓柱體和球體等三維形狀。這些形狀可能各不相同，但它們就像積木一樣組合在一起。根據輸入，有些形狀會添加材料，而有些則會減少材料。有些程序可以使用修改器，像在車間進行物理銑削一樣處理實體。實體建模對于用戶和計算機性能而言都相當簡單。

當表面復雜且彎曲時，線框建模會很有幫助。如果您發現實體建模的基本構建塊對于某些應用來說過于復雜，線框建模可以巧妙地處理更復雜的形狀。然而，隨著復雜性的增加，一些缺點也隨之顯現，例如需要更高級的設計技能以及計算能力。

曲面建模讓用戶能夠創建光滑的表面，并將其無縫集成到水密或多維度的3D對象中。這可以通過更高級的程序來處理，但需要更多的工作量和計算能力。也就是說，在這里，您可以實現前兩種方法幾乎無法實現的形狀。

數字雕刻始于用“數字粘土”制作的造型，可以使用不同的工具“手工”進行操作。它提供了一種截然不同的建模體驗，可以說更適合藝術創作。

現在我們對所討論的內容有了大致的了解，讓我們更詳細地研究每種類型的3D建模。

一、實體建模

幾何形狀是實體建模的標志（來源：Thomas Maillioux通過All3DP）

實體建模涉及使用原始對象構建更復雜的形狀。有些程序會引導你從立方體、圓柱體、球體和棱柱體入手，而有些程序則允許你繪制二維草圖并將其擠壓成三維模型。然后，你可以使用布爾運算將所有模型組合或“雕刻”，以更接近最終設計。

這種建模風格對于計算機輔助設計(CAD)非常有用。這是一種工業3D建模，其中寬度、長度或半徑的精確尺寸以及擠壓、圓角和倒角等特征對于創建可通過3D打印、CNC銑削或其他工業流程制造的3D對象至關重要。

流行的實體建模程序包括入門級的Tinkercad和SolveSpace，以及適合高級用戶的Autodesk Fusion或Shapr3D。

優勢

入門級實體建模程序易于理解和使用，無需大量培訓。

實體建模需要的計算相對較少，因此您不需要非常強大的計算機。

從技術上來說，完成的模型應該可以在現實世界中制造。

缺點

表現有機形狀幾乎是不可能的，或者需要付出大量的努力。

二、線框建模

猴子蘇珊娜(Suzanne the Monkey)是Blender的非官方線框建模吉祥物（來源：Thomas Maillioux via All3DP）

當我們觀察現實世界時，我們很快就能發現事物并非一堆完美的立方體和球體。為了制作出更逼真、而非看起來像剛從工廠車間出來的物體模型，我們需要另一種建模技術。

線框建模通過由頂點組成的點網絡構建形狀。每組至少三個頂點可以連接成一個面，每個頂點可以屬于一個或多個面。對象及其組件的大小和形狀由每個頂點的位置定義。

許多線框建模工具都使用三角形作為基本元素，模型中的三角形越多，我們對模型的控制力就越強，也就越逼真。多邊形數量（模型中三角形和其他平面形狀的總數）通常可以很好地衡量模型的復雜程度。

有許多程序使用這種方法，一些更流行的線框建模程序是Blender、Maya和Daz 3D。

優勢

通過控制3D對象的核心元素，您可以更好地控制3D對象的其他元素。

您可以添加細節以使您的模型更加逼真，而使用實體建模工具則很難甚至不可能做到這一點。

缺點

表面建模使您可以控制更復雜的形狀，但這比實體建模的學習曲線更陡峭。

隨著模型的三角形和多邊形數量越來越多，您將需要更強大的計算機來進行渲染和紋理處理。

三、曲面（曲線）建模

表面建模是一些非常流行的角色扮演元素的關鍵（來源：Thomas Maillioux via All3DP）

曲面建模依靠引導線和面來定義零件的形狀和曲率。然后，軟件會計算出連接引導線的光滑曲面。這就像飛機或船舶的制造方式一樣：創建的曲面就是它們的船體。

事實上，飛機和船舶正是曲面建模的發明者。在空氣動力學和熱力學設計中，形狀周圍流體的行為決定了設計的成功與否。曲面建模憑借引導線、控制點和控制平面，成為應對這些挑戰的最佳方法。

問題在于，由于這種建模方式側重于表面，它創建的模型可能看起來很棒，但由于工藝或材料的限制而無法制造。如果要創建模型的物理表示，則需要檢查所有表面是否連接，以及各個部分是否相互沖突——總之，確保模型具有多樣性。

沒有專門針對這項技術的程序，這只是他們工具箱里的一個工具。然而，它的基本原理非常獨特，因此被認為是一種獨特的建模技術。在許多程序中，執行這項工作的主要工具被稱為“放樣”。一些可以處理此類建模的程序包括Catia、FreeCAD、Inventor和SolidWorks。

優勢

您可以采用實體和線框建模無法實現的方式創建光滑的表面。

與任何其他類型的3D建模相比，流動的形狀和曲線更容易、更快地創建。

缺點

您的設計可能難以制造或無法制造；其可行性完全取決于您對建模、表面流和制造的理解。

四、數字雕刻

數字雕刻打開了有機形狀和生命世界的大門（來源：David Sujono via Maxon）

最后，讓我們深入探討一下數字雕刻。我們目前了解的建模技術都涉及對3D對象的精確操控。而與之相反的是數字雕刻，3D模型最初是一個原始形狀，可以像數字粘土一樣進行拉伸、添加或雕刻。從很多方面來看，數字雕刻旨在將實體雕塑的體驗帶入數字創作工具。

其他建模技術難以甚至無法實現的形狀和技巧，數字雕刻卻能輕松應對。具體來說，有機形狀、自然物體、紋理、服裝等等，完全取決于你的創作和解讀技巧，或許還需要一些額外的設備。這類建模可能需要手寫筆、數位板（或觸摸屏）以及性能強大的計算機。其他技術的核心在于多邊形的精簡，而數字雕刻創建的模型的復雜性，如果不小心，很容易就會急劇上升。

這種建模的流行軟件包括建模瑞士軍刀Blender、Cinema 4D和相對較新的Nomad Sculpt。

優勢

以前不可能制作的形狀——人物、動物、植物、衣服，幾乎任何東西——都可以用數字粘土雕刻出來。

與其他雕刻技術相比，數字雕刻更愿意嘗試新事物，而且可以說更直觀（如果你有手工技能的話）。

缺點

數字雕刻幾乎完全依賴于對“數字粘土”的精細控制；您需要一支手寫筆和觸摸屏才能充分利用它，并且根據所追求的質量，這些可能會很昂貴。

編譯整理：ALL3DP