《三維模型建構》課件

《三維模型建構》課程介紹課程目標掌握三維建?；A理論理解點線面體概念和坐標系統熟練使用建模工具能獨立操作主流三維建模軟件創(chuàng)建復雜三維模型從基本幾何體到高級模型的構建能力培養(yǎng)創(chuàng)新設計思維課程大綱基礎篇三維建?；A、基本幾何體建模技術篇曲面建模、多邊形建模、數字雕刻表現篇UV展開、材質與渲染應用篇三維掃描、參數化建模、BIM技術拓展篇三維打印、VR/AR應用、未來發(fā)展第一章：三維建?；A理論基礎三維空間概念坐標系統理解點線面體關系工具熟悉軟件界面認知基本操作掌握視圖控制技巧基礎技能簡單模型創(chuàng)建編輯修改方法模型保存導出什么是三維建模？定義三維建模是在虛擬空間創(chuàng)建三維物體通過數學方法描述物體幾何特征產生可視化三維數字模型特點三維立體表現可從多角度觀察能精確表達物體結構支持動態(tài)修改與交互三維建模的應用領域影視動畫電影特效動畫角色設計場景構建游戲設計游戲角色建模游戲場景創(chuàng)建道具設計建筑設計建筑模型展示室內設計城市規(guī)劃工業(yè)設計產品原型設計機械零件設計工業(yè)模具制作醫(yī)療領域人體器官模擬醫(yī)療設備設計手術規(guī)劃模擬常見的三維建模軟件主流三維建模軟件各有特點，選擇適合項目需求的工具至關重要。三維建模的基本概念幾何點、線、面、體構成三維形體基本要素拓撲定義模型表面結構和連接方式網格由多邊形組成的模型表面結構節(jié)點三維模型數據的組織和管理方式點、線、面、體的概念點三維空間最基本元素由xyz坐標定義位置線連接兩點形成的路徑包括直線和曲線面由線圍成的平面區(qū)域模型的表面結構體由面圍成的封閉空間具有體積的實體坐標系統笛卡爾坐標系X軸：水平方向Y軸：垂直方向Z軸：深度方向三個坐標軸互相垂直坐標類型世界坐標系：全局參考局部坐標系：相對對象視圖坐標系：相對視角第二章：基本幾何體建模創(chuàng)建基本幾何體立方體、球體、圓柱體等標準形狀調整參數修改尺寸、細分度等基本屬性變形操作旋轉、縮放、平移等基礎變換組合構建通過簡單幾何體組合創(chuàng)建復雜形狀立方體建模1創(chuàng)建立方體指定長寬高參數2設置細分增加幾何細節(jié)便于后續(xù)編輯3編輯頂點調整頂點位置形成不規(guī)則形狀4應用修改器使用軟件特有修改器增強形狀變化球體建模創(chuàng)建球體設置半徑和細分度UV映射球體特有的紋理坐標處理變形技巧球體塌陷和膨脹效果圓柱體建模參數設置半徑、高度、端面細分頂點編輯調整形狀創(chuàng)建變種端蓋處理調整端面形態(tài)圓錐體建模創(chuàng)建圓錐設置底面半徑、高度和細分調整頂點錐尖形狀和位置調整底面編輯底面形狀修改多邊形建模3三角形最基本多邊形，渲染效率高4四邊形常用多邊形，變形性能好5+N邊形復雜形狀，需謹慎使用1K+高密度細節(jié)豐富，資源占用高第三章：曲面建模技術曲面類型貝塞爾曲面NURBS曲面細分曲面控制方式控制點操作權重調整參數編輯應用場景有機模型構建工業(yè)設計曲面高精度形狀貝塞爾曲面原理基于貝塞爾曲線擴展通過控制點網格定義形狀受控制點直接影響特點直觀易用精確控制能力計算效率高適合藝術造型NURBS曲面貝塞爾曲面NURBS曲面細分曲面低?；A從低精度多邊形網格開始細分算法自動增加幾何細節(jié)平滑處理生成平滑連續(xù)曲面邊緣控制可保留銳利邊緣和細節(jié)第四章：多邊形建模技術創(chuàng)建基礎模型從基本幾何體或平面開始形狀雕刻通過擠出、旋轉等操作塑造形態(tài)細節(jié)完善添加倒角、細分增強細節(jié)拓撲優(yōu)化調整網格結構提高質量擠出建模選擇面確定要擠出的多邊形面擠出操作向外延伸創(chuàng)建新幾何體縮放調整調整擠出面的大小形狀重復應用連續(xù)擠出創(chuàng)建復雜結構旋轉建模創(chuàng)建輪廓線繪制物體的二維截面輪廓確定旋轉軸設置旋轉中心和方向設置旋轉角度決定旋轉范圍，通常為360度調整分段數控制生成模型的精細程度倒角和圓角倒角(Chamfer)將尖銳邊緣替換為平面形成斜切邊緣效果參數：倒角距離和分段適用：工業(yè)產品硬表面圓角(Fillet)將尖銳邊緣替換為弧形形成平滑過渡效果參數：圓角半徑和分段適用：有機模型和產品設計布爾運算并集合并兩個物體創(chuàng)建新形狀差集從一個物體中挖出另一個物體交集保留兩個物體重疊部分第五章：數字雕刻筆刷工具各種專用雕刻筆刷分層雕刻通過圖層組織雕刻細節(jié)蒙版技術保護特定區(qū)域不受影響動態(tài)分辨率自適應細分提升細節(jié)表現數字雕刻的基本原理高密度網格提供足夠細節(jié)支持筆刷交互通過筆刷工具直接修改表面壓力感應基于壓力控制雕刻強度細節(jié)層級在不同精度層級工作常用的數字雕刻工具數字雕刻軟件提供直觀的藝術創(chuàng)作環(huán)境，支持無限制的細節(jié)表達。數字雕刻技巧筆刷類型功能適用場景標準筆刷基礎雕刻通用塑形平滑筆刷表面平滑消除不規(guī)則性夾板筆刷拉伸材質創(chuàng)建延展結構皺紋筆刷添加表面細節(jié)皮膚紋理、布料蒙版筆刷保護區(qū)域精細局部雕刻第六章：UV展開與紋理貼圖創(chuàng)建縫合線定義三維模型的切割邊緣UV展開將三維表面映射到二維平面UV排列優(yōu)化UV空間分布提高貼圖效率紋理繪制在UV坐標上創(chuàng)建或應用紋理UV坐標系統UV定義U：水平紋理坐標V：垂直紋理坐標范圍通常為0-1工作原理三維頂點映射到二維UV點形成紋理坐標對應關系決定紋理如何貼合模型表面UV展開技術平面投影從單一方向投影適合平坦物體操作簡單快速圓柱投影從中心向外投影適合圓柱狀物體減少極點拉伸球形投影類似地球投影適合球狀物體兩極會有拉伸智能展開自動計算最佳切線適合復雜模型需要手動調整優(yōu)化紋理貼圖基礎漫反射貼圖定義表面基礎顏色法線貼圖模擬表面細節(jié)起伏高光貼圖控制表面反光特性粗糙度貼圖定義微觀表面特性第七章：材質與渲染材質定義設定物體表面視覺特性光照設置創(chuàng)建合適氛圍和明暗關系相機配置控制視角和成像參數渲染計算生成最終高質量圖像材質屬性介紹5基礎顏色物體表面固有色彩高光反射鏡面反射強度和范圍透明度材質透光性控制凹凸效果表面細節(jié)立體感折射率光線通過材質時彎曲程度PBR材質基礎色金屬度粗糙度法線高度環(huán)境光遮蔽光照與陰影光源類型點光源：全方向發(fā)光聚光燈：錐形光束方向光：平行光線面光源：大面積柔光環(huán)境光：全局照明陰影技術陰影映射：基本陰影區(qū)域陰影：柔和邊緣全局光照：間接光影環(huán)境光遮蔽：細節(jié)陰影體積光：光線散射渲染引擎介紹不同渲染引擎各有特點，選擇合適的引擎對最終渲染質量和效率至關重要。第八章：三維掃描技術數據采集使用掃描設備獲取點云數據對齊合并多角度掃描結果噪點處理清理異常數據提高質量網格重建轉換為可編輯三維模型三維掃描原理激光三角測量激光線投射物體相機捕捉變形輪廓三角測量計算深度結構光投射特定圖案分析圖案變形計算表面幾何光飛行時間測量光束往返時間直接計算距離高精度長距離測量常見的三維掃描設備手持式掃描儀靈活移動，中等精度臺式掃描儀高精度，適合小物體工業(yè)掃描儀超高精度，專業(yè)應用移動設備便攜實用，精度較低點云數據處理模型優(yōu)化簡化網格保持細節(jié)表面重建生成連續(xù)曲面噪點過濾去除異常點數據對齊合并多次掃描第九章：參數化建模1參數定義設置控制模型形態(tài)的數值參數2約束關系建立參數間的邏輯關聯3特征創(chuàng)建通過參數化特征構建模型動態(tài)調整修改參數自動更新模型參數化建模的概念定義以參數驅動的模型構建方法通過數學關系和約束定義幾何模型與參數雙向關聯支持設計意圖的表達工作流程確定參數變量建立幾何約束創(chuàng)建參數之間關系調整參數測試模型記錄設計歷史參數化建模的優(yōu)勢高效修改調整參數快速更新整體模型設計變體輕松創(chuàng)建產品系列和變種設計歷史保留完整構建過程知識復用沉淀設計經驗用于新項目精確控制確保設計意圖精確實現5參數化建模實例1創(chuàng)建基礎模型構建參數化基礎框架5控制參數關鍵參數決定產品形態(tài)10+設計變體一套參數模型生成多款產品50%效率提升大幅縮短設計周期第十章：BIM技術與三維建模建筑信息整合建筑全生命周期數據協同設計多專業(yè)實時協作平臺分析模擬能耗、結構等多維分析全周期管理從設計到運維的信息連續(xù)BIM技術簡介三維可視化建筑模型直觀展示信息集成構件附帶全面信息智能關聯構件間建立邏輯關系數據共享統一信息支持多方協作BIM與傳統三維建模的區(qū)別特性傳統三維建模BIM建模信息含量幾何數據為主幾何+屬性+關系構件智能性被動幾何體智能參數化構件協同能力有限協作多專業(yè)深度協同時間維度靜態(tài)模型支持施工進度模擬應用范圍設計展示全生命周期管理BIM在建筑領域的應用設計階段方案比選、碰撞檢測、效果預覽施工階段進度管理、材料統計、現場協調運維階段設備管理、空間優(yōu)化、能耗監(jiān)控改造階段現狀分析、方案評估、變更追蹤第十一章：三維打印技術創(chuàng)建三維模型設計或獲取適合打印的模型模型切片將模型轉換為打印路徑逐層打印材料堆積構建物理模型后處理表面處理和功能完善三維打印原理FDM技術材料擠出堆積熱塑性材料層層構建物體SLA技術光固化成型液態(tài)樹脂固化高精度光滑表面SLS技術選擇性激光燒結粉末材料融合無需支撐結構常見的三維打印材料相對成本強度評分精度評分三維模型的切片處理模型檢查確保模型無缺陷、孔洞和不合理結構支撐生成為懸空部分添加臨時支撐結構層設置確定層厚度、填充密度和打印速度路徑規(guī)劃生成打印頭移動路徑和材料擠出量第十二章：虛擬現實與增強現實虛擬現實(VR)完全沉浸式數字環(huán)境增強現實(AR)現實世界中疊加數字內容混合現實(MR)虛擬與現實內容交互融合VR/AR技術簡介虛擬現實創(chuàng)建完全沉浸式體驗用戶與虛擬世界互動需要專用頭顯設備完全封閉的數字環(huán)境增強現實在現實世界疊加虛擬內容通過手機或AR眼鏡查看保持對現實環(huán)境感知無縫融入日常生活三維模型在VR/AR中的應用1沉浸式體驗虛擬空間漫游交互產品展示虛擬產品預覽與體驗培訓模擬復雜操作安全練習設計驗證實際比例效果評估