浅析三维建模技术的应用

　　[摘 要]通过建立正确的模型来描述和表现事物的各种属性，是现代科学探索事物本身发展、运行规律的一个普遍而且重要的方法。不论是在应用领域还是在科学领域，对整个世界进行三维建模研究，都是一个不断兴起的领域。对现实世界的建模和模拟，就是根據研究的目标和重点，在数字空间中对其形状、材质、运动等属性进行数字化再现的过程。
　　[关键词]三维建模；技术应用
　　中图分类号：S655 文献标识码：A 文章编号：1009-914X（2018）24-0203-01
　　随着先进的数字化仪器及设备不断投入实际应用，计算机辅助下的三维建模技术已经从最初费时费力的基于几何的手动建模，发展到包括三维扫描仪、基于图像的建模与绘制（IBMR）等多种方法在内的三维建模。三维建模技术研究，应该由现在不断追求具有更高精度、看起来更加真实的静态模型，发展向未来能够模拟现实世界各个对象间相互作用的动态模型，进而更加有效地辅助人们探索事物发展规律的研究。
　　一、三维建模的含义
　　三维建模在现实中非常常见，雕刻、制作陶瓷艺术品等，都是三维建模的过程。人脑中的物体形貌在真实空间再现出来的过程，就是三维建模的过程。广义地讲，所有产品制造的过程，无论手工制作还是机器加工，都是将人们头脑中设计的产品转化为真实产品的过程，都可称为产品的三维建模过程。狭义地说：三维建模是指在计算机上建立完整的产品三维数字几何模型的过程。一般来说，三维建模必须借助软件来完成，这些软件常被称为三维建模系统。三维建模有以下特点：三维建模呈现立体感，具有动画演示产品的动作过程，直观、生动、形象；三维建模的图形、特征元素之间通过参数化技术保持数据一致，尺寸和几何关系可以随时调整，更改方便；三维建模的造型方法多样，较好的适应工程需要，支持工程应用，支持标准化、系列化和设计重用，提供对产品数据管理、并行工程等的支持。
　　二、三维建模的分类
　　三维建模方法从原理上可以分为几何建模和特征建模两大类，而几何建模又可以分为线框建模、曲面建模和实体建模等几种方法。
　　（一）三维曲面建模
　　三维曲面建模是通过对物体的各个表面或曲面进行描述而构成曲面的一种建模方法。建模时，先将复杂的外表面分解成若干个组成面，这些组成面可以使构成一个个基本的曲面元素。然后通过这些曲面元素的拼接，就构成了所要的曲面。在计算机内部，曲面建模的数据结构只需要在线框建模的基础上建立一个面表，即曲面是由哪些基本曲线构成。一般常用的曲面生成方法：线性拉伸面、直纹面、旋转面、扫描面等。
　　曲面模型主要适用于表面不能用简单的数学模型进行描述的复杂物体型面，如汽车、飞机、传播、水利机械等产品外观设计以及地形、地貌、石油分布等资源描述中。三维曲面模型是将物体曲表面划分为若干曲面片再进行光顺拼接。在曲面模型的构建中，通常是采用曲面图素来拼接，曲面图素可以分为基本曲面、规则曲面、自由曲面和派生曲面等。
　　（1）基本曲面是指构成物体的最基本曲面，如圆柱面、球向等，要求具有典型性且数量最少。基本曲面也可以通过拉伸、回转、扫描等造型方法生成。
　　（2）规则曲面是指能按照一定规律生成的曲面，如直纹面、回转面等。
　　（3）自由曲面。常见的有Bezier曲面、B样条曲面等
　　（4）派生曲面，是指在已存在的曲面或实体上生成的曲面，如圆角曲面、过渡曲面等。
　　（二）三维实体建模
　　三维实体建模信息丰富，除了能实现表面模型的功能外，还能满足物理性能计算，如质量和质心的计算。在产品的设计中，三维实体建模技术更符合人们对真实产品的理解和习惯。
　　三维实体模型的构型方法常用计算机内存储的体素（Primitive），经集合论中的并、交、差运算构成复杂形体。体素是一些简单的基本几何体，如长方体、圆柱、圆锥和球等。实体建模方法有三种方法：
　　（1）构造实体几何法：如GSG法，即用体素拼合构成物体的方法。
　　（2）边界表示法也称为B-Rep表示法
　　（3）扫描表示法：基于一个基体沿某一路径运动而产生形体。
　　三维实体建模的造型方法更适合于规则物体的处理。可运用于在计算机辅助制造（CAM）中和在快速原型/零件制造技术（RPM）中等等。
　　三、三维建模的应用
　　（一）动画与游戏领域的软件角色建模
　　今游戏设计里，专业建模、制作动画的软件中，三维中首选就是3dsmax软件。它不仅提供了实时三维建模、渲染和动画设计等功能，还被广泛应用于虚拟现实、平面广告、影视动漫、工业设计、游戏产业、建筑漫游、多媒体制作以及工程可视化领域中。对于三维建模设计者来说，运用三维技术来完成模型是重中之重。正确的模型是任何三维造型的前提条件。角色建模思路如图1所示。
　　（二）地质探测领域的数据化建模
　　三维地质模型建立一般选用广义三棱柱体元模型作为三维地层建模的基本模型，从横向可以把每一个地层看成无数小三棱柱的集合，解决了计算机描述连续体的问题；从纵向可以把处于同一垂直方向的各个地层的三棱柱看成一个大的棱柱，有利于进行纵向的地质构造观察。建模数据具有离散、有限、稀疏、不规则等特点，建模前首先要进行预处理，即进行钻孔内地层的划分、排序和统一编号等。
　　四、三维建模的意义
　　随着计算机软、硬件技术的发展，3Dmax技术及其绘图软件日趋成熟和善及应用。例如，MDT、AutoCAD、UG、CATIA、SolidWorks等许多三维软件已得到广泛应用。三维设计时代已经到来。三维的3Dmax正逐步取代传统的二维设计方法。利用三维3Dmax软件进行设计与建模，能够体现出“设计从三维开始”的设汁理念，符合当前形势发展的需要，跟上时代的步伐。而3Dmax是国内用户使用最多的一种软件，它提供了大量的绘图及编辑功能，能满足用户的不同需求。近年来，3dax技术的应用已经辐射到了各行各业。3Dmax技术的应用已涉及机械、建筑、船舶、航空、航天、汽车、轻工、纺织等行业的设计工作。虽然目前二维图形在工程设计、生产制造和技术交流中起着很重要的作用，但有很多场合，需要再通过实体造型来分析产品的动态特性，直观地表达设计效果，构造动画模型等。采用3Dmax技术后，工程师就可以直接在计算机上进行零件设计和产品的装配；产品的制作过程几乎与真实的产品制造没有差别，计算机屏幕上的产品就是未来产品的三维图像工程师还可以在设计过程中，利用三维3Dmax技术完成手工难以完成的和低效率的工作。
　　参考文献
　　[1] 李志，张磊，梅国雄，地质勘察信息系统中三维模型控件的设计与实现[J].南京工业大学学报（自然科学版），2011，33（3）：7-9
　　[2] 殷国富，刁燕，蔡长韬.机械CAD/CAM技术基础[M].武汉：华中科技大学出版社，2010.
　　作者简介
　　杨欢（1996.01）；性别：男，籍贯：上海，学历：本科在读于吉林动画学院。

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