论3D之多边形建模

目 录

摘要 .................................................................................................................................................................................... 2 第一章 引言 ................................................................................................................................................................... 4 第二章3D建模方法简介 ................................................................................................................................................. 5 2.1、面片建模 ............................................................................................................................................................... 5 2.2、NURBS建模 ......................................................................................................................................................... 5 2.3、置换贴图建模 ....................................................................................................................................................... 6 2.4、多边形建模 ........................................................................................................................................................... 6 第三章3D之多边形建模 ................................................................................................................................................. 7 3.1、多边形建模的定义 ............................................................................................................................................... 7 3.2、多边形建模的特点 ............................................................................................................................................... 7 3.3、多边形建模的命令 ............................................................................................................................................... 8 3.31多边形之间合并和分离的操作命令 ................................................................................................................ 8 3.32多边形中特殊的删除和针对子物体层级的拆分命令 ......................................................................................... 9 3.33建模中常用到的主要命令 .............................................................................................................................. 10 3.4、多边形建模的优势和不足 ................................................................................................................................. 11 3.41、多边形建模的优势 ....................................................................................................................................... 11 3.42、多边形建模的不足 ....................................................................................................................................... 11 第四章多边形建模的实例应用 ...................................................................................................................................... 12 4.1、靖港古镇房屋的制作 ......................................................................................................................................... 12 4.2、制作中遇到的问题 ............................................................................................................................................. 14 第五章 总结和展望 ........................................................................................................................................................ 15 第六章 参考文献 ............................................................................................................................................................ 16

1

摘要

3D MAX 软件是现今运用的一种广泛和实用的建模软件。在3D建模中适用于初级和中级学者的一种建模方式就是多边形建模。本文从多边形建模的定义、特点、常用命令等对多边形建模进行了初步的简介，然后从多边形建模的优势和劣势对其进行了进一步的分析。通过实例的运用对多边形建模进行更深一步的理解和应用。

关键词：多边形建模定义、

特点、常用命令、优势和劣势、应用

2

ABSTRACT

3D MAX software is now a broad and practical use of modeling software. In the 3D modeling applied to primary and secondary academic way to a modeling polygon modeling. In this paper, the definition of polygon modeling, characteristics, and orders of the polygon modeling used to conduct a preliminary briefing, and then from the advantages and disadvantages of polygon modeling was carried out further analysis. An example of the use of the polygon model for deeper understanding and application.

Key words: Polygon modeling definition, characteristics, common commands, advantages and disadvantages, applications

3

第一章 引言

引言：3DMAX是目前最为流行的一款三维软件。它功能强大、完善，广泛应用于影视动画、影视广告、游戏制作、影视后期特技、工业造型、多媒体开发、及建筑等行业。所做的游戏或者动画中，所有的人物，场景，动画效果等大都可以通过3DMAX来实现。我们理解和深入这一门软件接触的最多的就是3D建模，它是实现一切的基础。而多边形建模是3D建模的最常用也是最基本的建模方式之一，我们通过多变形建模可以建立一些常见的基本模型，从而对3DMAX这个软件进行更深一步的了解。如何利用多边形建模实现模型的最快最好的创建是多边形建模的重点。什么情况下用多边形建模比较方便，多边形建模需要哪些要求是我们应该注意的。3D建模是个复杂的过程，要求有一定的基础，能够在一定程度上分析模型的构建。它包括很多方面的学习，如模型、材质、灯光、角色动画等。所以学习3D是个循序渐进的过程，需要耐力和时间。多边形建模是打开3D建模大门的钥匙，需要认真学习和钻研。

4

第二章3D建模方法简介

3D的建模方法有很多种。例如：参数haunted的基本物体，扩展物体，门窗等；挤压，旋转，放样，布尔运算；编辑节点法等，在这里我们把3D建模的方法归纳为四类。

2.1、面片建模

面片建模是在多边形的基础上发展而来的，但它是一种独立的模型类型，面片建模解决了多边形表面不易进行弹性编辑的难题，可以使用类似编辑BEZIER曲线的方法来编辑曲面。面片与样条曲线的原理相同，同属BEZIER方式，并可通过调整表面的控制句柄来改变面片的曲率。面片与样条曲线的不同之处在于：面片是三维的，因此控制句柄有X、Y、Z三个方向。

面片建模的优点是编辑顶点较少，可用较少的细节制作出光滑的物体表面和表皮的褶皱。它适合创建生物模型。

面片建模的两种方法：一种是雕塑法，利用编辑面片修改器调整面片的次对象，通过拉扯节点，调整节点的控制柄，将一块四边形面片塑造成模型；另一种是蒙皮法(就是我们常用的POLYLINE + SURFACE)，类似民间的糊灯笼、扎风筝的手工制作，即绘制模型的基本线框，然后进入其次对象层级中编辑次对象，最后添加一个曲面修改器而成三维模型。面片的创建——可由系统提供的四边形面片或三边形面片直接创建，或将创建好的几何模型塌陷为面片物体，但塌陷得到的面片物体结构过于复杂，而且会导致出错。

2.2、NURBS建模

NURBS（非均匀有理B样条曲线）是建立在数学原理的公式基础上的一种建模方法。它基于控制节点调节表面曲度，自动计算出表面精度，相对面片建模，NURBS可使用更少的控制点来表现相同的曲线，但由于曲面的表现是由曲面的算法来决顶的，而NURBS曲线函数相对高级，因此对PC的要求也最高。（如果想学习NURBS建模系统，建议把精力花在更专业的NURBS建模系统软件上，如RHINO等等，但是如果只是做一些简单的模型，使用NURBS还是很方便的。）NURBS与曲线一样是样条曲线。但NURBS是一种非一致性有理基本曲线，可以说是一种特殊的样条曲线，其控制更为方便，创建的物体更为平滑。若配合放样、挤压和车削操作，可以创建各种形状的曲面物体。NURBS建模特别适合描述复杂的有机曲面对象，适用于创建复杂的生物表面和呈流线型的工业产品的外观，如汽车、动物等等，而不适合创建规则的机械或建筑模型。NURBS建模思路：先创建若干个NURBS曲线，然后将这些曲线连接起来形成所需要的曲面物体。或是利用NURBS创建工具对一些简单的NURBS曲面进行修改而得到较为复杂的曲面物体。NURBS曲面有两种类型：点曲面和可控制点曲面。两者分别是以点控制或

5

可控制点来控制线段的曲度。最大区别是：“点”是附着在物体上，调整曲线上的点的位置使曲线形状得到调整；而“可控制点”则没有附着在曲线上，而是曲线周围，类似磁铁一样控制曲线的变化，该方式精度较高。创建NURBS曲线有两种方法：一种是先创建样条曲线再转为NURBS曲线；另一种是直接创建NURBS曲线。

在NURBS建模中，应用最多的有U轴放样技术和CV曲线车削技术。U轴放样与样条曲线的曲线放样相似，先绘制物体的若干横截面的NURBS曲线，再用U轴放样工具给曲线包上表皮而成模型；CV曲线车削与样条曲线的车削相似，先绘制物体的CV曲线，再车削而形成模型。

2.3、置换贴图建模

在三维建模方法中，置换贴图建模是最特别的，它可在物体或物体的某一面上进行置换贴图，它以图片的灰度为依据，白凸黑不凸(好像可以影响模型,但目前我没有尝试过)。

2.4、多边形建模

下面我将重点介绍多边形建模。

6

第三章3D之多边形建模

3.1、多边形建模的定义

多边形建模就是Polygon建模，翻译成中文是多边形建模，是目前三维软件两大流行建模方法之一，（另一个是曲面建模，）用这种方法创建的物体表面由直线组成。在建筑方面用的多，例如室内设计。

3.2、多边形建模的特点

多边形建模是最为传统和经典的一种建模方式。3Ds max多边形建模方法比较容易理解，非常适合初学者学习，并且在建模的过程中用者有更多的想象空间和可修改余地。3Ds max中的多边形建模主要有两个命令：Editable Mesh（可编辑网格）和Editable Poly（可编辑多边形），几乎所有的几何体类型都可以塌陷为可编辑多边形网格，曲线也可以塌陷，封闭的曲线可以塌陷为曲面，这样我们就得到了多边形建模的原料多边形曲面。如果你不想使用塌陷操作的话(因为这样被塌陷物体的修改历史就没了)，还可以给它指定一个Edit Poly修改，这是3Ds max7中新增加的功能。编辑网格方式建模兼容性极好，优点是制作的模型占用系统资源最少，运行速度最快，在较少的面数下也可制作较复杂的模型。它将多边形划分为三角面，可以使用编辑网格修改器或直接把物体塌陷成可编辑网格。其中涉及的技术主要是推拉表面构建基本模型，最后增加平滑网格修改器，进行表面的平滑和提高精度。这种技法大量使用点、线、面的编辑操作，对空间控制能力要求比较高。适合创建复杂的模型。

编辑多边形是后来在网格编辑基础上发展起来的一种多边形编辑技术，与编辑网格非常相似，它将多边形划分为四边形的面，实质上和编辑网格的操作方法相同，只是换了另一种模式。在3DS MAX7的时候新加入了对应的编辑多边形修改器，进一步提高了编辑效率。 编辑多边形和编辑网格的面板参数大都相同，但是编辑多边形更适合模型的构建。3DS MAX几乎每一次升级都会对可编辑多边形进行技术上的提升，将它打造得更为完美，使它的很多功能都超越了编辑网格成为多边形建模的主要工具。

多边型制作模型是最简单直觉的，由于多边型模型是由Vertex点、Edge线(边界)、Poly(面) 三个基本元素所构成。 点是三维空间座标中的特定位置，而边界则是连接两个点的直线，而面则为多个连续边界所封闭而成的区域。而目随着3Dmax的版本不断的改进，并对多边形建模增加许多编修点、线、面的工具。例如，新增的Extrude(挤压延伸)、Bevel(倒角切面)和Collapse(塌陷)三种。下面 分别以点、线、面来说明：

（一）点的Extrude--将某点外移，并新增多个三角多边型。 Bevel---以某点为基准，

7

沿着相接于此点的边线各延展移动一定距离，新增加点并相连成新多边型切面。Collapse---将一个以上的顶点收缩焊接成一个顶点。

（二）线（边）的 Extrude---将某边顺着边的法线方向外移，并新增一个四角多边型。Bevel ---以某边为基准， 沿着以此边为相邻边多边型朝远离边的方向，各延展一定距离，新增新点并相连成新四角多边型切面。Collape---将一个以上的边收缩焊接成一个点。

（三）面（多边型）的Extrude──将某多边型的面沿着多边型面的法线方向，向外延长挤出一个柱体。 Bevel ---Extrude的变形，挤出柱体后顶面可内外缩放。 Inset--- Bevel的特殊变形方式，顶面挤出高度大于0，则将顶面向内收缩。 Collape---将一个的面上所有点收缩焊接成一个点。

Subdivision surfaces是多边形建模的一个主要特点。通过增加额外的点线面将多边形模型边角曲线化，使原来粗糙的块面变成柔顺的曲面， 使得多边形表面型态接近于真是物体。 编辑模型的方式为调整模型不同的解析度，或以低解析度模型的编辑操控方式来控制高解析度模型的形状，而其他建模方式不具备这种功能。

多边形模型最重要的特点是不受制作方式的限制，对于复杂造型的模型，它可以制作一体成型的模型。如：带耳的茶杯，长角的怪兽和复杂的人体。而其他建模方式却很难达到这点。我们在建模时可以依自己的需要，在所需要的区域增加新的点线面，调整改变模型的造型以符合所需，当出现模型在制作过程中调整不易，加重显示卡负担，制作变形动画时变形不易控制且费时。 可用Subdivision技术来克服。 用低解析度模型来制作动画调整变形，渲染时再以 高解析度模型渲染。目前在拟真模型制作上与艺用解剖学及人体结构结合性最好的模型制作方式，也就是多边形的Subdivision制作方式。

3.3、多边形建模的命令

3.31多边形之间合并和分离的操作命令

Attach（合并）：这个命令可以将其它的物体合并到当前的多边形中，变为多边形中的一个Element(元素)。同时它也继承了多边形的一切属性和可编辑性，可以合并3Ds max中创建的大部分物体。进入Element子层级中还可以选中它们。操作也很简单，单击此命令按钮，然后在视图中点击要合并进来的物体就行了。如果要合并多个对象，可以单击右侧的小方块按钮，打开一个Attach List(合并列表)窗口。在其中将要合并的物体一起选中。再单击Attach钮确定就一次都合并进来了。

Detach（分离）：看了这个命令我想大家也能知道它的意思了吧。它的作用与Attach刚好相反。它是将选择部分从当前多边形中分离出去。分离有两种方式。既可以分离为当前多

8

边形的一个元素，也可以分离为一个单独的物体，与当前多边形完全脱离关系，允许被重新命名。这些可以在选择子物体单击Detach钮后弹出的窗口中进行设置。

3.32多边形中特殊的删除和针对子物体层级的拆分命令

Remove(删除)：注意在多边形编辑过程中有两种删除状态，一种是当我们删除了一些点的时候，那么包含这些点的面都会因失去基础而消失，这样就产生出了洞，这种删除只要选择好子物体后按下键盘上的Del键就可以了。还有一种就是这个命令，当用它删除时，包含这些点的面不会消失，而是会把基础转移到与删除的点邻近的点上，所以不会出现漏洞。这个命令适用于点和边层级，对应于键盘上的Backspace键。

Break（打断）：这个命令可以将选中的点分解，俗称将点打断，也就是说打断前此点连着几条边，打断后就分解为相应数目的点。只要选中要打断的点单击此钮就行了，它只适用于点层级

Split（分离）：结合上面的命令再理解这个就容易了。它是边的打断命令。将一条边分解为两条边，操作与点打断命令相同。不过至少要选中两条连续的线段执行后才会出现边打断的效果，它只适用于边层级。

Extrude（挤压）：这是最常用的一个命令。首先在透视图中创建一个Sphere物体，在修改堆栈中单击鼠标右键选择Editable Poly，将其塌陷为可编辑多边形，保持Sphere处于被选中状态，按数字键4进入面子层级，在Sphere上任意选择一些面，被选中的面会呈红色高亮显示

Bevel（倒角）：此命令可以挤出面并形成倒角效果，操作与Extrude类似。先选中面然后单击此钮后在面上点住左键拖拽可以将面拉伸，然后松开左键，这时移动鼠标可以形成倒角效果，在得到合适的效果后单击左键确认。大家在操作的时候会感觉到这个命令有点像Extrude与等比放缩命令的联合作用效果。其实有些时候使用后面的方式更便捷。它同样有一个设置框，比Extrude命令多一项，就是Outline（轮廓线）值，设置其值就可得到倒角效果，此命令只适用于面层级。

Weld（焊接）：这个命令可以将点和边进行焊接，就是在设置的阀值范围内将选中的点和边焊接为一个点或边。单击右侧的小方钮打开窗口可以设置焊接阀值。下方会提示焊接前后点的数目。

Target Weld（目标焊接）：相对于Weld这个目标焊接命令更常用一些，它的作用是将选中的点或边拖拽到要焊接的点或边附近（在设定的阀值范围内）完成焊接操作，它所使用的就是Weld命令中设置的阀值范围。

9

Sliceplane（切分平面）：这是一个老牌的命令，对多边形进行整体切分，单击此钮会出现一个切分平面，这个平面是无限延伸的，它与多边形相交的部分会出现切分出的边，可以对切分平面进行移动和旋转，当切分平面被激活后下方的Slice（切分）按钮变为可用。单击此钮可完成切分操作。单击Reset Plane按钮可以将切分平面重置为原始状态。如果在未点切分按钮前选中Split复选框，可以将多边形分割开，也就是整体的多边形物体可以分割为两个Element子物体。

QuickSlice（快速切分）：这个命令是只对选择的面进行切分，也是在版本6中新增的功能，高效灵活是它的特点，操作步骤是先选中要切分的面，然后在面上点击一下鼠标拖出一条直虚线，它与选中面相交的部分切分出新的边。

Cut（切分）：我们可以使用这个命令直接对面进行切分，面会自动被划分开，点击此钮然后将鼠标放在点，线，面上就可以连续切分了，鼠标点放在点线面上的状态是有区别的，这也是在多边形建模中进行细节修改时常用的一个命令。

3.33建模中常用到的主要命令

1.选择功能 打开选择卷展栏，这个卷展栏中包含了选择子物体方面的所有功能，上面的五个按钮分别对应于多边形的五种子物体（点，边，边界，面，元素），被激活的子物体按钮为上图所示的黄色显示，再次单击可以退出当前的子层级，也可以直接点击进入别的子层级，它们的快捷键是数字键的1，2，3，4，5（注意不是小键盘上的数字键）。Shrink和Grow分别是收缩和扩张选择区域，Ring为选中与当前边平行的所有边，此功能只能应用在边和边界层级中；Loop为选中可以与当前选择的部分构成一个循环的子物体，此功能也只能应用在边和边界层级中。选择功能使我们可以更有效地选择多边形中子物体的命令。

2.软选择功能 软选择可以将我们当前选择的子层级的作用范围向四周扩散，当变换的时候，离原选择集越近的地方受影响越强，越远的地方受影响越弱。

3.Subdivision Surface（细分曲面） 细分曲面可以将当前的多边形网格进行meshsmooth式的光滑处理，类似于在修改堆栈中加了一个meshsmooth修改。

4. Edit Geometry（编辑多边形整体） 这个卷展栏中的设置是可用于整个多边形物体的，不过有些命令是有先进入相应子层级限制的。

5. Edit Verties（编辑点）这个卷展栏中包含针对点编辑的命令。 6. Edit Edges（编辑边） 此卷展栏是编辑多边形边的。

7.Edit Polygons（编辑多边形面）面是多边形中非常重要的子物体。 8. Edit Elements（编辑多边形元素）

10

9. Polygon Properties（多边形属性）对于面的调节主要包括面的材质和面的光滑组。在卷展栏的下方还有编辑点颜色的区域。

10. Paint Deformation（动态笔刷）动态笔刷是3Ds max7中新增的功能，它让我们可以用鼠标通过推拉面的操作直接在曲面上绘制，类似雕刻的方法。

3.4、多边形建模的优势和不足 3.41、多边形建模的优势

无疑多边形建模的优势非常明显，首先是它的操作感非常好，3Ds max7中为我们提供了许多高效的工具，良好的操作感使初学者极易上手，因为可以一边做，一边修改；其次可以对模型的网格密度进行较好的控制，对细节少的地方少细分一些，对细节多的地方多细分一些，使最终模型的网格分布稀疏得当，后期我们还能比较及时的对不太合适的网格分布进行纠正；再有一点就是用过3Ds max的朋友们都会感觉到它的多边形建模的效率是相当高的。

3.42、多边形建模的不足

凡事有利必有弊，多边形建模方法虽然优势很大，但我个人认为还是有一些不足，一是多边形建模比较擅长表达光滑的曲面，对于创建边缘尖锐的曲面就显得有一些吃力，或是效果上打了点儿折扣。再有一点就是当我们创建的模型非常复杂时，物体上的调节点会非常多，这就要求我们要有比较好的把握能力，合理的划分网格，否则作出的模型既不到位，又产生了许多多余的面，其实这点也不能算是什么不足，只不过是对我们的空间构造能力提出了更高的要求而已。

11

第四章多边形建模的实例应用

多边形建模是3D多种建模方法中相对较简单的建模方式，对于初学者来说比较容易接受。接下来我想通过“靖港古镇的制作”这个实例来应用多边形建模。靖港是个历史悠久的地方，它保留了古代房屋的风格，主要以木屋为主，是身临其境的人仿佛置身于古代。下面是我们图像采集的资料。我选择了其中具有典型代表的两张。接下来就是3D建模了。

4.1、靖港古镇房屋的制作

在靖港古镇这个项目中，首先我们对靖港进行实地考察。在这个过程中我们总共有六组，每一组首先对规定的范围进行图像采集、数据测量、图片整理，然后是3D建模。我担任的是古镇的3D建模制作人员，主要任务是把我们这组分配下来的房屋进行3D建模。在建模之前我们需要对实物进行测量，知道它们的实际尺寸。然后拍些相关图片。如：古镇里房屋的正

面、侧面、背面、顶视图。下面就是古镇房屋的制作了。

1.模型制作。首先需要根据拍摄的图片用CAD画出古镇的平面图。平面图画好后接下来就是3D建模了。在3D MAX 9中进行建模。我们这里设置的单位是米。首先导入古镇的平面图，在透视图中利用线工具根据图形把房屋的整体框架打好，然后在修改面板中利用挤出命令挤出房屋的高度，记住尺寸一定要符合测量的尺寸。将物体转化为可编辑多边形，选中相关的线条进行连接和切角命令，得到房屋的整体模型。这里要按照所拍的图片进行操作。接着选择相关的面进行相应的挤出命令。这样房屋的大体框架就出来了。在这里我们需要注意

的是对线进行连接和切角时一定要选择正确线条，不然会出现严重的剖面现象。还有在切角的时候注意切角的方向。接下来是窗户的制作，这个过程有点复杂。在前视图中用线条工具画出窗户的轮廓，在转化为可编辑样条线。选择线命令对其进行轮廓命令为1.5。利用矩形命令画出窗户相应的纹理，

12

选择其中一个矩形将其转化为可编辑样条线，在线层级面板下选择附加命令附加所有的矩形，然后在点层级面板下对所有的点进行焊接，焊接大小根据具体情况而定。最后对其进行挤出命令，挤出相应厚度。在窗户的制作过程中，因为窗户基本是古代的风格，所有会出现很多的纹理，我们先要对纹理进行分析，分析它形状的构成方式，通过什么样的形状结合而成的，然后才建模。

窗户做完之后就是门的制作了。在刚刚所建的房屋的模型中选择门，在可编辑多边形面层级命令下对面进行挤出，挤出相应厚度。这样房屋的建模就完成了。然后对其赋予材质。在赋材质的过程中，为了达到和照片接近的效果，我们大多数的材质都是做拍摄的照片。在PHOTOSHOP中对相关的图片进行一定的处理后才能够贴图。在3D中打开材质编辑器，选择相关的部分进行贴图。在这里我们用的最多的是UVW贴图，其贴出来的效果更接近真实的效果。

2.模型修改 在作出模型后要与相关图片进行比较，然后作出适当修改。在修改的过程中我们一般都将其转化为可编辑多边形，然后在点，线，面层级上对其进行修改。

3.赋予材质 模型制作完成后我们将赋其材质。材质的获取我们在PHOTOSHOP里面利用图像采集的图片进行截取得到材质图片。然后在3D中选中相关部分例如窗户，在材质编辑器中选中材质球展开“贴图”卷展栏，单击“表面色”贴图通道右侧的None按钮，在弹出的贴图浏览器中双击“位图”选项，选中相关图片，单击水平工具栏中将“材质指定给选定对象”按钮（或用鼠标拖拽到指定的对象）。单击“在视口中显示最终效果”按钮，可以在场景中显示物体的贴图效果。下图是在PHOTOSHOP中修饰了的材质图片。

效果如下图所示。

4.渲染 做完之后就是渲染了，单击工具栏中的“快速渲染”按钮，进行渲染，渲染后的

13

4.2、制作中遇到的问题

在靖港古镇这个项目中我们遇到了许多问题。首先房屋的高度在测量的时候不可能测量到它的真实尺寸，只能目测。在房屋制作过程中在对线进行切角命令的时候切角的轻重要注意，不然切出来的线条就交叉了，接下来的面就不能挤出了。在制作窗户的时候附加完成后对点进行焊接，焊接的大小很重要，焊接完要进行检查，窗户挤出后会剖面。赋予材质的过程中最好在UVW贴图里赋予材质，这样达到的效果更逼真。关于贴图方面，在模型中，纹理是影响数据量的重要因素。纹理的大小直接关系到文件的渲染速度和整个数据量大小。因此，在处理贴图时，应将纹理尺寸（在不影响模型外观的前提下）调整到尽可能小。在特定情况下，可在3D Max中调整。

14

第五章 总结和展望

3D的学习是个复杂和持久的过程，由于它的应用范围比较大，涉及行业比较广，现在有好多人都在学习。我认为学习3D最重要的是对操作的页面进行全面了解，对各种工具和命令进行熟悉。然后就是快捷键的熟悉。网上有很多教程可以用来借鉴和学习，我们可以利用网络和书籍来学习。总之，学习3D是个漫长的过程。

15

第六章 参考文献

1.《3d生物模型制作宝典 》 作者：BILL FLEMING中国青年出版社 2000年1月： 2.《3DMax 9大风暴》火星时代 主编 人民邮电出版社 2007年7月 3.正版《|3ds Max低精度多边形建模应用技法全攻略(全彩)》

16