《三維模型建構(gòu)》課件

《三維模型建構(gòu)》課程介紹課程目標(biāo)掌握三維建?；A(chǔ)理論理解點(diǎn)線面體概念和坐標(biāo)系統(tǒng)熟練使用建模工具能獨(dú)立操作主流三維建模軟件創(chuàng)建復(fù)雜三維模型從基本幾何體到高級模型的構(gòu)建能力培養(yǎng)創(chuàng)新設(shè)計(jì)思維課程大綱基礎(chǔ)篇三維建模基礎(chǔ)、基本幾何體建模技術(shù)篇曲面建模、多邊形建模、數(shù)字雕刻表現(xiàn)篇UV展開、材質(zhì)與渲染應(yīng)用篇三維掃描、參數(shù)化建模、BIM技術(shù)拓展篇三維打印、VR/AR應(yīng)用、未來發(fā)展第一章：三維建模基礎(chǔ)理論基礎(chǔ)三維空間概念坐標(biāo)系統(tǒng)理解點(diǎn)線面體關(guān)系工具熟悉軟件界面認(rèn)知基本操作掌握視圖控制技巧基礎(chǔ)技能簡單模型創(chuàng)建編輯修改方法模型保存導(dǎo)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(shù)學(xué)方法描述物體幾何特征產(chǎn)生可視化三維數(shù)字模型特點(diǎn)三維立體表現(xiàn)可從多角度觀察能精確表達(dá)物體結(jié)構(gòu)支持動(dòng)態(tài)修改與交互三維建模的應(yīng)用領(lǐng)域影視動(dòng)畫電影特效動(dòng)畫角色設(shè)計(jì)場景構(gòu)建游戲設(shè)計(jì)游戲角色建模游戲場景創(chuàng)建道具設(shè)計(jì)建筑設(shè)計(jì)建筑模型展示室內(nèi)設(shè)計(jì)城市規(guī)劃工業(yè)設(shè)計(jì)產(chǎn)品原型設(shè)計(jì)機(jī)械零件設(shè)計(jì)工業(yè)模具制作醫(yī)療領(lǐng)域人體器官模擬醫(yī)療設(shè)備設(shè)計(jì)手術(shù)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(diǎn)，選擇適合項(xiàng)目需求的工具至關(guān)重要。三維建模的基本概念幾何點(diǎn)、線、面、體構(gòu)成三維形體基本要素拓?fù)涠x模型表面結(jié)構(gòu)和連接方式網(wǎng)格由多邊形組成的模型表面結(jié)構(gòu)節(jié)點(diǎn)三維模型數(shù)據(jù)的組織和管理方式點(diǎn)、線、面、體的概念點(diǎn)三維空間最基本元素由xyz坐標(biāo)定義位置線連接兩點(diǎn)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(jié)構(gòu)體由面圍成的封閉空間具有體積的實(shí)體坐標(biāo)系統(tǒng)笛卡爾坐標(biāo)系X軸：水平方向Y軸：垂直方向Z軸：深度方向三個(gè)坐標(biāo)軸互相垂直坐標(biāo)類型世界坐標(biāo)系：全局參考局部坐標(biāo)系：相對對象視圖坐標(biāo)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(biāo)準(zhǔn)形狀調(diào)整參數(shù)修改尺寸、細(xì)分度等基本屬性變形操作旋轉(zhuǎn)、縮放、平移等基礎(chǔ)變換組合構(gòu)建通過簡單幾何體組合創(chuàng)建復(fù)雜形狀立方體建模1創(chuàng)建立方體指定長寬高參數(shù)2設(shè)置細(xì)分增加幾何細(xì)節(jié)便于后續(xù)編輯3編輯頂點(diǎn)調(diào)整頂點(diǎn)位置形成不規(guī)則形狀4應(yīng)用修改器使用軟件特有修改器增強(qiáng)形狀變化球體建模創(chuàng)建球體設(shè)置半徑和細(xì)分度UV映射球體特有的紋理坐標(biāo)處理變形技巧球體塌陷和膨脹效果圓柱體建模參數(shù)設(shè)置半徑、高度、端面細(xì)分頂點(diǎn)編輯調(diào)整形狀創(chuàng)建變種端蓋處理調(diào)整端面形態(tài)圓錐體建模創(chuàng)建圓錐設(shè)置底面半徑、高度和細(xì)分調(diào)整頂點(diǎn)錐尖形狀和位置調(diào)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(fù)雜形狀，需謹(jǐn)慎使用1K+高密度細(xì)節(jié)豐富，資源占用高第三章：曲面建模技術(shù)曲面類型貝塞爾曲面NURBS曲面細(xì)分曲面控制方式控制點(diǎn)操作權(quán)重調(diào)整參數(shù)編輯應(yīng)用場景有機(jī)模型構(gòu)建工業(yè)設(shè)計(jì)曲面高精度形狀貝塞爾曲面原理基于貝塞爾曲線擴(kuò)展通過控制點(diǎn)網(wǎng)格定義形狀受控制點(diǎn)直接影響特點(diǎn)直觀易用精確控制能力計(jì)算效率高適合藝術(shù)造型NURBS曲面貝塞爾曲面NURBS曲面細(xì)分曲面低?；A(chǔ)從低精度多邊形網(wǎng)格開始細(xì)分算法自動(dòng)增加幾何細(xì)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(xì)節(jié)第四章：多邊形建模技術(shù)創(chuàng)建基礎(chǔ)模型從基本幾何體或平面開始形狀雕刻通過擠出、旋轉(zhuǎn)等操作塑造形態(tài)細(xì)節(jié)完善添加倒角、細(xì)分增強(qiáng)細(xì)節(jié)拓?fù)鋬?yōu)化調(diào)整網(wǎng)格結(jié)構(gòu)提高質(zhì)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(diào)整調(diào)整擠出面的大小形狀重復(fù)應(yīng)用連續(xù)擠出創(chuàng)建復(fù)雜結(jié)構(gòu)旋轉(zhuǎn)建模創(chuàng)建輪廓線繪制物體的二維截面輪廓確定旋轉(zhuǎn)軸設(shè)置旋轉(zhuǎn)中心和方向設(shè)置旋轉(zhuǎn)角度決定旋轉(zhuǎn)范圍，通常為360度調(diào)整分段數(shù)控制生成模型的精細(xì)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(shù)：倒角距離和分段適用：工業(yè)產(chǎn)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(shù)：圓角半徑和分段適用：有機(jī)模型和產(chǎn)品設(shè)計(jì)布爾運(yùn)算并集合并兩個(gè)物體創(chuàng)建新形狀差集從一個(gè)物體中挖出另一個(gè)物體交集保留兩個(gè)物體重疊部分第五章：數(shù)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(xì)節(jié)蒙版技術(shù)保護(hù)特定區(qū)域不受影響動(dòng)態(tài)分辨率自適應(yīng)細(xì)分提升細(xì)節(jié)表現(xiàn)數(shù)字雕刻的基本原理高密度網(wǎng)格提供足夠細(xì)節(jié)支持筆刷交互通過筆刷工具直接修改表面壓力感應(yīng)基于壓力控制雕刻強(qiáng)度細(xì)節(jié)層級在不同精度層級工作常用的數(shù)字雕刻工具數(shù)字雕刻軟件提供直觀的藝術(shù)創(chuàng)作環(huán)境，支持無限制的細(xì)節(jié)表達(dá)。數(shù)字雕刻技巧筆刷類型功能適用場景標(biāo)準(zhǔn)筆刷基礎(chǔ)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(zhì)創(chuàng)建延展結(jié)構(gòu)皺紋筆刷添加表面細(xì)節(jié)皮膚紋理、布料蒙版筆刷保護(hù)區(qū)域精細(xì)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(biāo)上創(chuàng)建或應(yīng)用紋理UV坐標(biāo)系統(tǒng)UV定義U：水平紋理坐標(biāo)V：垂直紋理坐標(biāo)范圍通常為0-1工作原理三維頂點(diǎn)映射到二維UV點(diǎn)形成紋理坐標(biāo)對應(yīng)關(guān)系決定紋理如何貼合模型表面UV展開技術(shù)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(diǎn)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(dòng)計(jì)算最佳切線適合復(fù)雜模型需要手動(dòng)調(diào)整優(yōu)化紋理貼圖基礎(chǔ)漫反射貼圖定義表面基礎(chǔ)顏色法線貼圖模擬表面細(xì)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(zhì)與渲染材質(zhì)定義設(shè)定物體表面視覺特性光照設(shè)置創(chuàng)建合適氛圍和明暗關(guān)系相機(jī)配置控制視角和成像參數(shù)渲染計(jì)算生成最終高質(zhì)量圖像材質(zhì)屬性介紹5基礎(chǔ)顏色物體表面固有色彩高光反射鏡面反射強(qiáng)度和范圍透明度材質(zhì)透光性控制凹凸效果表面細(xì)節(jié)立體感折射率光線通過材質(zhì)時(shí)彎曲程度PBR材質(zhì)基礎(chǔ)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(diǎn)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(shù)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(xì)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(diǎn)，選擇合適的引擎對最終渲染質(zhì)量和效率至關(guān)重要。第八章：三維掃描技術(shù)數(shù)據(jù)采集使用掃描設(shè)備獲取點(diǎn)云數(shù)據(jù)對齊合并多角度掃描結(jié)果噪點(diǎn)處理清理異常數(shù)據(jù)提高質(zhì)量網(wǎng)格重建轉(zhuǎn)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(jī)捕捉變形輪廓三角測量計(jì)算深度結(jié)構(gòu)光投射特定圖案分析圖案變形計(jì)算表面幾何光飛行時(shí)間測量光束往返時(shí)間直接計(jì)算距離高精度長距離測量常見的三維掃描設(shè)備手持式掃描儀靈活移動(dòng)，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(yīng)用移動(dòng)設(shè)備便攜實(shí)用，精度較低點(diǎn)云數(shù)據(jù)處理模型優(yōu)化簡化網(wǎng)格保持細(xì)節(jié)表面重建生成連續(xù)曲面噪點(diǎn)過濾去除異常點(diǎn)數(shù)據(jù)對齊合并多次掃描第九章：參數(shù)化建模1參數(shù)定義設(shè)置控制模型形態(tài)的數(shù)值參數(shù)2約束關(guān)系建立參數(shù)間的邏輯關(guān)聯(lián)3特征創(chuàng)建通過參數(shù)化特征構(gòu)建模型動(dòng)態(tài)調(diào)整修改參數(shù)自動(dòng)更新模型參數(shù)化建模的概念定義以參數(shù)驅(qū)動(dòng)的模型構(gòu)建方法通過數(shù)學(xué)關(guān)系和約束定義幾何模型與參數(shù)雙向關(guān)聯(lián)支持設(shè)計(jì)意圖的表達(dá)工作流程確定參數(shù)變量建立幾何約束創(chuàng)建參數(shù)之間關(guān)系調(diào)整參數(shù)測試模型記錄設(shè)計(jì)歷史參數(shù)化建模的優(yōu)勢高效修改調(diào)整參數(shù)快速更新整體模型設(shè)計(jì)變體輕松創(chuàng)建產(chǎn)品系列和變種設(shè)計(jì)歷史保留完整構(gòu)建過程知識復(fù)用沉淀設(shè)計(jì)經(jīng)驗(yàn)用于新項(xiàng)目精確控制確保設(shè)計(jì)意圖精確實(shí)現(xiàn)5參數(shù)化建模實(shí)例1創(chuàng)建基礎(chǔ)模型構(gòu)建參數(shù)化基礎(chǔ)框架5控制參數(shù)關(guān)鍵參數(shù)決定產(chǎn)品形態(tài)10+設(shè)計(jì)變體一套參數(shù)模型生成多款產(chǎn)品50%效率提升大幅縮短設(shè)計(jì)周期第十章：BIM技術(shù)與三維建模建筑信息整合建筑全生命周期數(shù)據(jù)協(xié)同設(shè)計(jì)多專業(yè)實(shí)時(shí)協(xié)作平臺分析模擬能耗、結(jié)構(gòu)等多維分析全周期管理從設(shè)計(jì)到運(yùn)維的信息連續(xù)BIM技術(shù)簡介三維可視化建筑模型直觀展示信息集成構(gòu)件附帶全面信息智能關(guān)聯(lián)構(gòu)件間建立邏輯關(guān)系數(shù)據(jù)共享統(tǒng)一信息支持多方協(xié)作BIM與傳統(tǒng)三維建模的區(qū)別特性傳統(tǒng)三維建模BIM建模信息含量幾何數(shù)據(jù)為主幾何+屬性+關(guān)系構(gòu)件智能性被動(dòng)幾何體智能參數(shù)化構(gòu)件協(xié)同能力有限協(xié)作多專業(yè)深度協(xié)同時(shí)間維度靜態(tài)模型支持施工進(jìn)度模擬應(yīng)用范圍設(shè)計(jì)展示全生命周期管理BIM在建筑領(lǐng)域的應(yīng)用設(shè)計(jì)階段方案比選、碰撞檢測、效果預(yù)覽施工階段進(jìn)度管理、材料統(tǒng)計(jì)、現(xiàn)場協(xié)調(diào)運(yùn)維階段設(shè)備管理、空間優(yōu)化、能耗監(jiān)控改造階段現(xiàn)狀分析、方案評估、變更追蹤第十一章：三維打印技術(shù)創(chuàng)建三維模型設(shè)計(jì)或獲取適合打印的模型模型切片將模型轉(zhuǎn)換為打印路徑逐層打印材料堆積構(gòu)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(shù)材料擠出堆積熱塑性材料層層構(gòu)建物體SLA技術(shù)光固化成型液態(tài)樹脂固化高精度光滑表面SLS技術(shù)選擇性激光燒結(jié)粉末材料融合無需支撐結(jié)構(gòu)常見的三維打印材料相對成本強(qiáng)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(jié)構(gòu)支撐生成為懸空部分添加臨時(shí)支撐結(jié)構(gòu)層設(shè)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(dòng)路徑和材料擠出量第十二章：虛擬現(xiàn)實(shí)與增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)虛擬現(xiàn)實(shí)(VR)完全沉浸式數(shù)字環(huán)境增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)(AR)現(xiàn)實(shí)世界中疊加數(shù)字內(nèi)容混合現(xiàn)實(shí)(MR)虛擬與現(xiàn)實(shí)內(nèi)容交互融合VR/AR技術(shù)簡介虛擬現(xiàn)實(shí)創(chuàng)建完全沉浸式體驗(yàn)用戶與虛擬世界互動(dòng)需要專用頭顯設(shè)備完全封閉的數(shù)字環(huán)境增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)在現(xiàn)實(shí)世界疊加虛擬內(nèi)容通過手機(jī)或AR眼鏡查看保持對現(xiàn)實(shí)環(huán)境感知無縫融入日常生活三維模型在VR/AR中的應(yīng)用1沉浸式體驗(yàn)虛擬空間漫游交互產(chǎn)品展示虛擬產(chǎn)品預(yù)覽與體驗(yàn)培訓(xùn)模擬復(fù)雜操作安全練習(xí)設(shè)計(jì)驗(yàn)證實(shí)際比例效果評估