第4章三維建模工具

1、1 2 Contents:1 1概述2 2基本界面3 3 基本流程綜合實(shí)例5 5基本操作4 43 目前廣泛使用的三維建模工具軟件有目前廣泛使用的三維建模工具軟件有3ds Max、XSI和和Maya等，這些軟等，這些軟件通常可以用來(lái)在虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)中對(duì)虛擬環(huán)境進(jìn)行建模，每種建模工件通?？梢杂脕?lái)在虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)中對(duì)虛擬環(huán)境進(jìn)行建模，每種建模工具軟件都有各自的特點(diǎn)及應(yīng)用范圍。具軟件都有各自的特點(diǎn)及應(yīng)用范圍。4 4 44.1.1 3ds Max 3ds Max是由Autodesk公司旗下的Discreet公司開(kāi)發(fā)推出的三維造型與動(dòng)畫(huà)制作軟件。3ds Max軟件率先將以前僅能在圖形工作站上運(yùn)行的三維造型與動(dòng)

2、畫(huà)制作軟件移植到微機(jī)電腦硬件平臺(tái)上。3ds Max是集建模、材質(zhì)、燈光、渲染、動(dòng)畫(huà)、輸出等于一體的全方位3D制作軟件，可以為創(chuàng)作者提供多方面的選擇，滿足不同的需要。 目前廣泛應(yīng)用于電影特技、電視廣告、游戲、工業(yè)造型、建筑藝術(shù)、計(jì)算機(jī)輔助教育、科學(xué)計(jì)算可視化、軍事、建筑設(shè)計(jì)、飛行模擬等各個(gè)領(lǐng)域。5 5 54.1.2 XSI XSI原名Softimage 3D，是Softimage公司的一款三維動(dòng)畫(huà)制作軟件，其強(qiáng)項(xiàng)雖然在于動(dòng)畫(huà)控制技術(shù)，但其自由建模能力很強(qiáng)，擁有世界上最快速的細(xì)分優(yōu)化建模功能以及直覺(jué)的創(chuàng)造工具讓 3D 建模感覺(jué)就像在做真實(shí)的模型雕塑一般。6 4.1.3 Maya Maya是美國(guó)Au

3、todesk公司出品的世界頂級(jí)的三維動(dòng)畫(huà)軟件，并以建模功能強(qiáng)大著稱。Maya的操作界面及流程與3ds Max比較類似。雖然在此之前已經(jīng)出現(xiàn)了很多三維制作軟件，但Maya憑借其強(qiáng)大的功能、友好的用戶界面和豐富的視覺(jué)效果，一經(jīng)推出就引起了動(dòng)畫(huà)和影視界的廣泛關(guān)注，成為頂級(jí)的三維動(dòng)畫(huà)制作軟件。7 目前，3ds Max在國(guó)內(nèi)外擁有眾多的用戶，在使用效率占據(jù)著絕對(duì)的優(yōu)勢(shì)。隨著虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)的發(fā)展，仿真技術(shù)在科學(xué)工程上的應(yīng)用，快速實(shí)時(shí)、交互性強(qiáng)、操作方便的3ds Max軟件具有廣闊的發(fā)展前景。8 關(guān)于關(guān)于3ds Max 3ds Max 是是3ds Studio Max 的簡(jiǎn)稱，是的簡(jiǎn)稱，是AutodeskAu

4、todesk公司公司推出的一款非推出的一款非常優(yōu)秀三維實(shí)體造型及動(dòng)畫(huà)制作常優(yōu)秀三維實(shí)體造型及動(dòng)畫(huà)制作軟件。軟件。 3ds Max3ds Max是一款應(yīng)用于是一款應(yīng)用于PCPC平臺(tái)的元老級(jí)三維動(dòng)畫(huà)軟件，由平臺(tái)的元老級(jí)三維動(dòng)畫(huà)軟件，由AutodeskAutodesk公司出品。公司出品。 它具有優(yōu)良的多線程運(yùn)算能力，支持多處理器的并行運(yùn)算，豐富的它具有優(yōu)良的多線程運(yùn)算能力，支持多處理器的并行運(yùn)算，豐富的建模和動(dòng)畫(huà)能力，出色的材質(zhì)編輯系統(tǒng)。建模和動(dòng)畫(huà)能力，出色的材質(zhì)編輯系統(tǒng)。 在中國(guó)，在中國(guó)，3ds Max3ds Max的使用人數(shù)大大超過(guò)其他三維軟件。的使用人數(shù)大大超過(guò)其他三維軟件。 3ds Max3

5、ds Max的成功在很大的程度上要?dú)w功于它的的成功在很大的程度上要?dú)w功于它的插件插件。全世界有許多。全世界有許多專業(yè)技術(shù)公司在為它設(shè)計(jì)各種插件。專業(yè)技術(shù)公司在為它設(shè)計(jì)各種插件。9 在游戲制作、影視特效、廣告動(dòng)畫(huà)、建筑業(yè)等方面都廣泛應(yīng)用。10 渲染 創(chuàng)建模型創(chuàng)建模型設(shè)計(jì)材質(zhì)設(shè)計(jì)材質(zhì)燈光和攝影機(jī)燈光和攝影機(jī)動(dòng)畫(huà) 11 石墨建模工具視頻教程菜單欄工具欄菜單欄視圖區(qū)命令面板時(shí)間軸狀態(tài)欄動(dòng)畫(huà)控制區(qū)視圖控制區(qū)3D導(dǎo)航控件3DS MAX2010 中文版界面12 視圖區(qū)從上往下看從左往右看從前往后看默認(rèn)的攝像機(jī)視圖，立體感較強(qiáng)Top視圖Front視圖Left視圖Perspective視圖正交投影類型透視投影類

6、型13 視圖控制區(qū)14 4.2.2 對(duì)象對(duì)象 3ds Max是一款面向?qū)ο蟮能浖?，所謂對(duì)象就是在3ds Max中所能選擇和操作的任何事物。在3ds Max中用戶創(chuàng)建的每一個(gè)事物都是對(duì)象，如幾何體、攝像機(jī)、光源、修改器、位圖、材質(zhì)貼圖等都是對(duì)象。場(chǎng)景也是對(duì)象，是與其他事物不同的對(duì)象，它包括了光源、攝影機(jī)、空間和輔助對(duì)象。在3ds Max中有可分為參數(shù)對(duì)象、非參數(shù)對(duì)象、復(fù)合對(duì)象和次對(duì)象等。15 （1）參數(shù)化對(duì)象）參數(shù)化對(duì)象 （2）非參數(shù)化對(duì)象）非參數(shù)化對(duì)象16 （3）復(fù)合對(duì)象）復(fù)合對(duì)象 在創(chuàng)建面板中，可以結(jié)合兩個(gè)或多個(gè)對(duì)象而創(chuàng)建一個(gè)新的參數(shù)化對(duì)象，這種對(duì)象被稱作復(fù)合對(duì)象。復(fù)合對(duì)象也是參數(shù)化對(duì)象，它

7、的參數(shù)包括結(jié)合和被結(jié)合對(duì)象的描述。3ds Max中可以隨時(shí)對(duì)復(fù)合對(duì)象中的子對(duì)象的參數(shù)進(jìn)行修改和編輯。 （4）次對(duì)象）次對(duì)象 次對(duì)象是指可以被選擇和操作的物體的任何組成元素。例如構(gòu)成網(wǎng)格的眾多頂點(diǎn)中的一個(gè)頂點(diǎn)就是次對(duì)象。此外，利用“編輯網(wǎng)格”和“編輯多邊形”修改器，能夠訪問(wèn)組成對(duì)象的任何次對(duì)象，像對(duì)一個(gè)模型的頂點(diǎn)或面進(jìn)行移動(dòng)、旋轉(zhuǎn)或刪除等。17 4.3 3ds Max基本操作基本操作 （1）使用創(chuàng)建命令面板）使用創(chuàng)建命令面板 創(chuàng)建命令面板是命令面板的第一個(gè)面板， 是它的圖標(biāo)。在創(chuàng)建面板中包括了所有可以創(chuàng)建的對(duì)象類型，使用下拉列表可以選擇對(duì)象子類別，如圖所示。可創(chuàng)建的對(duì)象共分為7種類型，每一種類型

8、中還包括不同的對(duì)象子類型。18 通過(guò)創(chuàng)建命令面板“茶壺”按鈕在視圖中創(chuàng)建對(duì)象的效果圖。 19 4.3.2對(duì)象屬性對(duì)象屬性 所有的對(duì)象都有唯一的屬性。屬性包括諸如對(duì)象名、線框顏色、賦予的材質(zhì)和投射陰影能力等。對(duì)象的屬性大多可以在“對(duì)象屬性”對(duì)話框中顯示或設(shè)置。在3ds Max中選擇一個(gè)對(duì)象，并點(diǎn)擊右鍵，即可在四元組菜單中找到并打開(kāi)“對(duì)象屬性”對(duì)話框。20 4.3.3 變換對(duì)象變換對(duì)象 使用3ds Max在場(chǎng)景中創(chuàng)建對(duì)象后，可以對(duì)創(chuàng)建的對(duì)象做出相應(yīng)的修改，如調(diào)整對(duì)象的大小、位置和角度，創(chuàng)建出對(duì)象的副本等?；镜淖儞Q命令是更改對(duì)象的位置、旋轉(zhuǎn)或縮放的最直接方式。這些命令位于默認(rèn)的主工具欄上。在默認(rèn)的

9、四元菜單中也提供了這些命令。 （1） 移動(dòng)操作 21 （2）旋轉(zhuǎn)操作 22 （3）縮放操作 23 4.3.4 對(duì)象的復(fù)制對(duì)象的復(fù)制 （1）克隆對(duì)象 （2）鏡像 （3）陣列24 4.3.5 常用輔助工具常用輔助工具 （1）捕捉 （2）對(duì)齊25 4.3 幾何體的創(chuàng)建幾何體的創(chuàng)建 4.3.1 標(biāo)準(zhǔn)幾何體標(biāo)準(zhǔn)幾何體26 27 4.3.2 擴(kuò)展幾何體體擴(kuò)展幾何體體28 4.3.3 創(chuàng)建二維圖形創(chuàng)建二維圖形29 4.4 修改和編輯模型修改和編輯模型 4.4.1三維幾何體的編輯修改器三維幾何體的編輯修改器 1. “修改”命令面板30 3. 常用修改器的使用常用修改器的使用 (1) 彎曲修改器 (2)錐化修改

10、器31 (3)扭曲修改器 (4)噪波修改器32 4.4.2 二維圖形的編輯和修改二維圖形的編輯和修改 1. 將二維圖形轉(zhuǎn)化為可編輯樣條線將二維圖形轉(zhuǎn)化為可編輯樣條線33 2.“選擇選擇”卷展欄卷展欄 3.“軟選擇軟選擇”卷展欄卷展欄34 5.常用二維修改器常用二維修改器 （1）“擠出”修改器35 （2）“ 車(chē)削”修改器36 （3） “ 倒角”修改器37 （4）“ 倒角剖面”修改器 38 4.5 高級(jí)建模高級(jí)建模39 4.5.1 網(wǎng)格建模網(wǎng)格建模40 2. 網(wǎng)格子對(duì)象網(wǎng)格子對(duì)象 網(wǎng)格建模的主要方法是對(duì)其子對(duì)象進(jìn)行編輯。在將對(duì)象轉(zhuǎn)換為可編輯網(wǎng)格對(duì)象以后，展開(kāi)修改器堆棧，可以看到它的子對(duì)象包括頂點(diǎn)、

11、邊、面、多邊形和元素幾個(gè)子對(duì)象層級(jí)，如圖 所示。41 （1）“選擇”卷展欄 (2)“軟選擇”卷展欄42 （3）“編輯幾何體”卷展欄： 43 （4）“曲面屬性”卷展欄： 44 4.5.2 多邊形建模多邊形建模 1轉(zhuǎn)換多邊形對(duì)象轉(zhuǎn)換多邊形對(duì)象 轉(zhuǎn)換多邊形對(duì)象的方法同上面介紹的轉(zhuǎn)為可編輯網(wǎng)格一樣，可以在對(duì)象上單擊右鍵，從彈出的快捷菜單中選擇“轉(zhuǎn)換到|轉(zhuǎn)換到可編輯多邊形”命令?；蛘咴凇靶薷钠髁斜怼敝羞x擇“編輯多邊形”。45 2多邊形的子對(duì)象多邊形的子對(duì)象 多邊形建模包含五個(gè)子對(duì)象層級(jí)：頂點(diǎn)、邊、邊界、多邊形和元素，如圖4-122所示。因?yàn)槎噙呅谓Ｊ且远噙呅蝸?lái)定義基礎(chǔ)面的，所以在子對(duì)象中沒(méi)有了網(wǎng)格中的

12、“面”子對(duì)象層，取而代之的是“邊界”子對(duì)象層。這些元素可以在不同的子對(duì)象層級(jí)中將對(duì)象進(jìn)行操縱和編輯。46 3. 多邊形對(duì)象的參數(shù)設(shè)置多邊形對(duì)象的參數(shù)設(shè)置 多邊形對(duì)象的參數(shù)設(shè)置共包括“選擇”、“軟選擇”、“編輯幾何體”和“曲面屬性”卷展欄 。47 4.5.3面片建模面片建模 1創(chuàng) （1）面片柵格48 4.5.3 NURBS建模建模 1.創(chuàng)建創(chuàng)建NURBS對(duì)象對(duì)象49 4.6 材質(zhì)和貼圖材質(zhì)和貼圖50 4.6.1 材質(zhì)材質(zhì) 1、材質(zhì)編輯器的使用、材質(zhì)編輯器的使用51 2. 常用的材質(zhì)類型常用的材質(zhì)類型 （1）標(biāo)準(zhǔn)材質(zhì)）標(biāo)準(zhǔn)材質(zhì) 標(biāo)準(zhǔn)材質(zhì)是3ds Max 2010 中默認(rèn)且使用最多的材質(zhì)，它可以提供

13、均勻的表面顏色效果，而且可以模擬發(fā)光和半透明等效果，常用來(lái)模擬玻璃、金屬、陶瓷、毛發(fā)等材料。52 （2）光線跟蹤材質(zhì)）光線跟蹤材質(zhì)53 （3）復(fù)合材質(zhì)）復(fù)合材質(zhì)54 4.6.2 貼圖貼圖 一、貼圖的類型一、貼圖的類型 3ds max的貼圖有位圖和程序貼圖兩種。位圖是二維圖像，圖像由像素組成，像素少時(shí)圖像放大到一定程度后，圖像會(huì)變模糊；像素越多，圖像的品質(zhì)越高，但需要系統(tǒng)提供的內(nèi)存越大，因此渲染時(shí)需要的時(shí)間更長(zhǎng)。程序貼圖是利用簡(jiǎn)單或復(fù)雜的數(shù)學(xué)方程進(jìn)行運(yùn)算形成貼圖，其優(yōu)點(diǎn)是放大后不會(huì)降低分辨率，保持圖片的細(xì)節(jié)。55 二、貼圖的設(shè)置二、貼圖的設(shè)置 為材質(zhì)添加貼圖的方法有兩種：一種是單擊材質(zhì)編輯器“明

14、暗器基本參數(shù)”卷展欄中漫反射、高光反射、自發(fā)光、透明度等參數(shù)右側(cè)的空白按鈕，利用打開(kāi)的“材質(zhì)/貼圖瀏覽器”對(duì)話框添加貼圖（參見(jiàn)下面左圖）；另一種是單擊 “貼圖”卷展欄中貼圖通道右側(cè)的“None”按鈕添加貼圖（參見(jiàn)下面右圖），二者是等效的。56 三、貼圖的常用參數(shù)三、貼圖的常用參數(shù) 57 4.7燈光和攝影機(jī)燈光和攝影機(jī)燈光和攝影機(jī)是三維制作中的兩個(gè)重要組成部分，在表現(xiàn)場(chǎng)景、氣氛、動(dòng)作、構(gòu)圖等方面都發(fā)揮著至關(guān)重要的作用。場(chǎng)燈光的創(chuàng)建是實(shí)現(xiàn)模型良好視覺(jué)感的重要手段之一。在三維世界中，攝像機(jī)就像人的眼睛一樣，用來(lái)觀察場(chǎng)景中的對(duì)象，只有通過(guò)合適的觀察角度才能使場(chǎng)景看起來(lái)更加真實(shí)。58 4.7.1 燈光基

15、礎(chǔ)知識(shí)燈光基礎(chǔ)知識(shí)（一）布光原則1.燈光宜精不宜多。過(guò)多的燈光會(huì)使場(chǎng)景中的對(duì)象看上去過(guò)于平板，減少空間的層次，且不利于燈光的管理。同時(shí)，在場(chǎng)景中要注意“留黑”，這樣會(huì)使燈光的設(shè)置有調(diào)節(jié)的余地，并產(chǎn)生微妙的光影變化。2燈光要體現(xiàn)場(chǎng)景的明暗分布，要有層次。在場(chǎng)景中要根據(jù)需要選用不同種類的燈光，根據(jù)需要決定燈光的投影及陰影的濃度等。3.布光時(shí)應(yīng)遵循有主題到局部、由簡(jiǎn)到繁的過(guò)程。對(duì)于燈光效果的形成，應(yīng)該先調(diào)整角度定下主格調(diào)，再調(diào)節(jié)燈光的衰減等特性來(lái)增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)感，最后再調(diào)整燈光的顏色做細(xì)致調(diào)整。(二) 布光方法在3d Max中常用的布光方法有兩種。1.三點(diǎn)布光法三點(diǎn)布光法又稱三角形照明法，就是利用3個(gè)光源

16、對(duì)場(chǎng)景進(jìn)行照明，這3個(gè)光源分別被稱為主光源、輔助光源和背光源。2.燈光陣列法燈光陣列法是根據(jù)場(chǎng)景空間范圍使用不同數(shù)量的泛光燈，來(lái)模擬環(huán)境光和對(duì)象反彈光，泛光燈之間一般保持等距，且都會(huì)開(kāi)啟陰影設(shè)置。其目的是模擬現(xiàn)實(shí)的全局照明，當(dāng)改變場(chǎng)景的觀察角度，場(chǎng)景中的燈光依然能夠正確表現(xiàn)該角度上的場(chǎng)景效果。59 4.7.2 燈光類型燈光類型這里主要介紹標(biāo)準(zhǔn)燈光，標(biāo)準(zhǔn)燈光包括聚光燈、平行光、泛光燈和天光，主要用于模擬家用、這里主要介紹標(biāo)準(zhǔn)燈光，標(biāo)準(zhǔn)燈光包括聚光燈、平行光、泛光燈和天光，主要用于模擬家用、辦公、舞臺(tái)、電影和工作中使用的設(shè)備燈光以及太陽(yáng)光。辦公、舞臺(tái)、電影和工作中使用的設(shè)備燈光以及太陽(yáng)光。60 4

17、.7.4 攝影機(jī)簡(jiǎn)介攝影機(jī)簡(jiǎn)介 3ds Max為用戶提供了兩種類型的攝影機(jī)：目標(biāo)攝影機(jī)和自為用戶提供了兩種類型的攝影機(jī)：目標(biāo)攝影機(jī)和自由攝影機(jī)。由攝影機(jī)。 如圖所示。如圖所示。 61 4.8 3ds Max模型和模型和OpenGL技術(shù)技術(shù)62 4.8.1 OpenGL技術(shù)簡(jiǎn)介OpenGL是一種強(qiáng)大的三維圖形開(kāi)發(fā)工具，是圖形硬件的軟件接口，它由大約250個(gè)命令組成，用戶通過(guò)這些命令指定創(chuàng)建交互式2D或3D程序所需的幾何對(duì)象和操作。從本質(zhì)上說(shuō)，它是一個(gè)3D圖形和模型庫(kù)，獨(dú)立于操作系統(tǒng)和硬件環(huán)境，具有高度的可移植性，并且具有非常快的速度。OpenGL嚴(yán)格按照計(jì)算機(jī)圖形學(xué)原理設(shè)計(jì)而成，符合光學(xué)和視覺(jué)原

18、理，可以創(chuàng)建極其逼真的3D圖像，許多三維演示系統(tǒng)都用 OpenGL作為三維圖象生成和控制的編程接口。OpenGL 能在網(wǎng)絡(luò)環(huán)境下以客戶/服務(wù)器模式工作，是專業(yè)的圖形處理、科學(xué)計(jì)算等高端應(yīng)用領(lǐng)域的標(biāo)準(zhǔn)圖形庫(kù)。OpenGL 的核心圖形函數(shù)功能強(qiáng)大，使用靈活方便，并能夠支持粒子系統(tǒng)，對(duì)模擬水、火、雪等自然景物提供了真實(shí)有效的方法。其在Windows編程環(huán)境可以方便地對(duì)所構(gòu)模型的人機(jī)交互進(jìn)行控制。由于其開(kāi)放性和高度重用性，現(xiàn)在已經(jīng)成為業(yè)界標(biāo)準(zhǔn)。63 4.8.2 3ds Max模型在 OpenGL中的使用在虛擬現(xiàn)實(shí)系統(tǒng)中采用OpenGL 技術(shù)與3ds Max 軟件建模的方式來(lái)構(gòu)建虛擬三維空間的方法。首先需要在3ds Max 軟件中完成模型建立完成后，可以用3D Exploration，Wcvt2pov 等軟件把3ds 模型轉(zhuǎn)換為相應(yīng)的OpenGL 的C C + 格式文件，也可以由程序直接載入3ds 模型。用軟件轉(zhuǎn)換格式的方法能夠保留模型的顏色、紋理等信息。但也有局限性，即在轉(zhuǎn)換模型時(shí)需要軟件的支持和人工交互轉(zhuǎn)換，且每次也只能轉(zhuǎn)換一個(gè)模型。因此，效率并不高。而使用3ds