许方雷

专栏《100点创新设计方法》系列 —— 虚拟场景（建模） Virtual scene

2020-04-11 15792

格物者专栏《100点创新设计方法》系列

虚拟场景（建模）

Virtual scene

怎么做：建立一个产品模型，通过模型查看产品的不足，并进行修改。

为什么这么做：单单靠设计师的想法及头脑中的想象不足以发现设计中存在的各种问题。

设计师在设计中应注重虚拟场景，通过场景虚拟可以更直观的感受产品。

虚拟现实（VR）是一种由计算机和电子技术创造的新世界，是一个看似真实的模拟环境，通过多种传感设备，根据用户自身的感觉，使用人的自然技能对虚拟世界的物体进行考察或操作；同时提供视觉、听觉、触觉等多通道的信息，使用户通过视、听、摸等直观而又自然的实时感知，并使参与者沉浸于模拟环境中。虚拟现实技术在最近十年里获得了极大的发展，这主要归因于计算机软、硬件条件的飞速发展。虚拟现实技术中的虚拟场景建模工作是研究的核心问题。

建模即建立模型，建立系统模型的过程，又称模型化。建模是设计的重要手段和前提。设计建模是设计初期要做的工作，建立起一个框架，就像建房先要画出平面图，装修要有装修图一样。只有建模完成了才能一步步来完成设计。

建模主要用于三个方面

1、分析和设计实际产品。对于许多复杂的工业产品，建模往往是最关键和最困难的任务。

2、预测产品的某些状态的未来发展趋势。预测基于产品的连贯性。例如根据以往的测量数据建立气象变化的模型，用于预报未来的气象。

3、对产品实行最优控制。建立的任何模型都只是实际系统原型的简化，如果在简化模型中能保留设计原型的一些本质特征，那么就可认为模型与设计原型是相似的。实际建模时，必须在模型的简化与分析结果的准确性之间作出适当的折中，这常是建模遵循的一条原则。

建模常用软件

3D Studio MAX

3D Studio MAX 是Autodesk子公司Kinetix推出的一种优秀的三维动画造型软件，它广泛用于游戏、广告、建筑等领域，是目前PC上最流行的三维动画造型软件。

基于模型的构造方法

3DS MAX的几何建模方法主要有多边形（Polygon）建模、非均匀有理B样条曲线建模（NURBS）、细分曲面技术建模（Subdivision Surface）。通常建立一个模型可以分别通过几种方法得到，但有优劣、繁简之分。

1、多边形建模。多边形建模技术是最早采用的一种建模技术，它的思想很简单，就是用小平面来模拟曲面，从而制作出各种形状的三维物体，小平面可以是三角形、矩形或其他多边形但实际中多是三角形或矩形。使用多边形建模可以通过直接创建基本的几何体，再根据要求采用修改器调整物体形状或通过使用放样、曲面片造型、组合物体来制作虚拟现实作品。多边形建模的主要优点是简单、方便和快速，但它难于生成光滑的曲面，故而多边形建模技术适合于构造具有规则形状的物体，如大部分的人造物体。

2、NURBS建模。NURBS是Non-Uniform Rational B-Splines（非均匀有理B样条曲线）的缩写，它纯粹是计算机图形学的一个数学概念。NURBS建模技术是最近4年来三维动画最主要的建模方法之一，特别适合于创建光滑的、复杂的模型，而且在应用的广泛性和模型的细节逼真性方面具有其他技术无可比拟的优势。但由于NURBS建模必须使用曲面片作为其基本的建模单元，所以它也有以下局限性：NURBS曲面只有有限的几种拓扑结构，导致它很难制作拓扑结构很复杂的物体(例如带空洞的物体)；NURBS曲面片的基本结构是网格状的，若模型比较复杂，会导致控制点急剧增加而难于控制；构造复杂模型时经常需要裁剪曲面，但大量裁剪容易导致计算错误；NURBS技术很难构造“带有分枝的”物体。

3、细分曲面技术。细分曲面技术是1998年才引入的三维建模方法，它解决了NURBS技术在建立曲面时面临的困难，它使用任意多面体作为控制网格，然后自动根据控制网格来生成平滑的曲面。细分曲面技术的网格可以是任意形状，因而可以很容易地构造出各种拓扑结构，并始终保持整个曲面的光滑性。细分曲面技术的另一个重要特点是“细分”，就是只在物体的局部增加细节，而不必增加整个物体的复杂程度，同时还能维持增加了细节的物体的光滑性。但由于细分曲面技术是一种刚出现不久的技术，3D Studio MAX R3对它的支持还显得稚嫩，还不能完成一些十分复杂的模型创作。

基于图像的绘制 (IBR)

传统图形绘制技术均是面向景物几何而设计的，因而绘制过程涉及到复杂的建模、消隐和光亮度计算。尽管通过可见性预计算技术及场景几何简化技术可大大减少需处理景物的面片数目，但对高度复杂的场景，现有的计算机硬件仍无法实时绘制简化后的场景几何。因而我们面临的一个重要问题是如何在具有普通计算能力的计算机上实现真实感图形的实时绘制。IBR技术就是为实现这一目标而设计的一种全新的图形绘制方式。该技术基于一些预先生成的图像(或环境映照)来生成不同视点的场景画面，与传统绘制技术相比，它有着鲜明的特点：

1、图形绘制独立于场景复杂性，仅与所要生成画面的分辨率有关。

2、预先存储的图像(或环境映照)既可以是计算机合成的，亦可以是实际拍摄的画面，而且两者可以混合使用。

3、该绘制技术对计算资源的要求不高，因而可以在普通工作站和个人计算机上实现复杂场景的实时显示。

3DS MAX在IBR中的应用是自然的，3DS MAX的出色的纹理贴图，强大的贴图控制能力，各种空间扭曲和变形，都提供了对图像和环境映照的容易的处理途径。

犀牛

犀牛建模流程

1、建模前分析——拿到设计方案（草图）后，我们应该先去仔细观察草图，了解所要建模产品的形态结构，分析它由哪些块面组成，如果所建物体是复杂的组合物体，我们应该怎么样去拆开分析这个组合整体，在没有完全理解物体的情况下不宜草率下手建模，正所谓磨刀不误砍柴工。这一步，我习惯称它为建模前分析！

2、建模的物体进行画线——在完成上一步的建模分析后，接下来我们对要建模的物体进行画线，这时，我们还要分析哪些线我们要画，该画，哪些是多余的，不该画的，同时，画线应该注意线条的走向，因为你画的每一根线都影响着你将要建立的模型，所以说画线是一个严谨加耐心的过程，只有把线画好了，才能更好的表现你的设计意图，产品才会更美观！

3、组合成主体形态——把线画好了，我们将要做它的主体形态，也就是说根据线来做产品的面、体，最后将它们组合成主体形态，如果是综合性的模型，线、面一定要分好图层，清晰的分层对建非常的有帮助，所以，我们要学会划分图层（相同物件材质或一个单一零件可以作一个图层），这个阶段，建模不要急忙的去进行倒角处理或打孔这样的后期工作，以免修改时来带不便！

4、修正做细节——做最后完善处理，包括倒角等，当然，比如倒角也有倒角的原则（比如先大后小），所以在整个建模过程中，不同的步骤当中，还有不同的技巧点，这个需要我们多练习，在解决问题中去总结经验。

注意事项

我们在建模过程中也要形成一些良好的习惯，比如及时保存等。要想学好犀牛，成为犀牛高手，首先要做到这么几点：一是建模要有整体思想和实体概念；二是建模要建完整，不能建不下去就放弃；三是建模要有质量，该倒角的部分一定要倒角，只有不断摸索和要求自己你才有进步。

建模技巧

拿到一个产品不能盲目的去画线建面，首先要分析，你建的这个产品是属于曲面造型比较复杂的还是运用几何体造型比较多的产品。曲面造型比较复杂的产品要记住这三个要领，第一曲面造型工具，第二曲面修改工具。第三构建分模线和形体结构线。拿到一个曲面模型立刻就要想到曲面的生成工具。所以一定要记住，产品形体分析一定要结合自己的工具库来分析。

专栏作家

许方雷

格物者创始人

“格物”精神倡导者，推究事物原理

近年来，探索“创业”与“创意”，文化与商业融合。设计作品多次获得日本、中国大陆及中国台湾等国内外设计奖项。作为中国设计平台联盟发起人之一，致力于推动中国原创设计产业，专注“工业设计”。