第3章 123D Design建模的3种基本方法

在介绍123D Design的所有功能之前，先谈谈3D建模的基本方法。在计算机图形学中，建模有很多种方式，如多边形建模、NURBS建模、细分曲面（SubD）建模、实体建模、雕刻、直接建模、参数化设计等。这些名词往往会使初学者感到困惑，而又不得不去面对它们。其实，也不必太过纠结，作为初学者，大致了解自己所用的工具软件是基于哪一类的，然后去掌握对应的建模方法即可。

本书所用的123D Design软件是基于实体的建模工具，它与工程设计类软件是一脉相承的。剖开模型，内部是实心的。而后面讲解的Cubify Sculpt程序是基于黏土的雕刻软件，相当于使用一团泥巴进行雕塑。这两款软件都不需要考虑模型的面数。本章主要讲解123D Design中的3种基本建模方法：基本几何体的组合方法、由绘制的2D草图通过构造工具创建3D模型，以及通过各种针对模型的编辑手段修改已有模型，从而得到新模型。

实际上，对于实体建模，经典的工程设计（CAD）软件使用的基本上都是上述这些方法。基本几何体也是由2D图形预先生成的，因为经常要用到这些几何体，所以就事先设计好，使用者后续可以直接调用它们。在面向影视、游戏动画（CG）的3D软件中，大都提供了种类更多的基本几何体。相反，在CAD软件中，却不提供这类基本几何体，都是使用者自己去创建。

将Solidworks中的特征工具与123D Design中的构造工具进行一下对比，如图3-1所示。

123D Design提供了拉伸、扫掠、旋转、放样4种手段，由2D草图图形生成3D模型。对于2D草图，也可以进行对比，如图3-2所示。

图3-2b的左边是基本图形的绘制工具，包括矩形、圆形、椭圆形和多边形；中间部分是多段线、样条曲线和弧形工具；右边是对草图的2D图形进行编辑的工具，包括倒角、修剪、延伸和偏移曲线，最后一个是投影曲线。这里更多地沿用了AutoCAD的2D绘图功能。

了解了这一点，就会明白其实我们是在做产品设计、生产，因此我们要掌握一些设计方法。

3.1 基本几何体的组合方法

上一章里我们所创建的桌子模型实际上利用的就是这种方法。123D Design提供了9种基本几何体，可以组合出很多种类的模型。比如，可以把桌子腿换成圆柱体、用长方体和圆柱体组成方头锤子，用圆柱和圆环制作杯子等。

3D设计程序中的基本几何体是基本的建模对象，有一些对象是基于它而创建的。下面大致讲解关于立体图形的基本概念。一个立体图形包括点、线、面的概念，我们用长方体来说明它们，如图3-3所示。

点：空间的一个坐标。当一个点被一条线段连接到另一个点上时，该点称为顶点。

线段：连接两个顶点的线。如果线段界定了一个多边形，就称它为边。

面：由边线围成的多边形。面有平面和曲面之分。

组合是利用多个基本几何体，组成新模型的方法。在这个过程中，又涉及“布尔运算”的概念。不谈逻辑上的意义，我们把它转化为可以理解的操作方式。这里主要是指“合并”“相减”“相交”的操作。用平面图形与立体图形对照着说明，也许更容易理解它们的含义。

3.1.1 合并操作

例如，有一个矩形和一个圆形，执行了“合并”操作的结果如图3-4所示。简单地说，合并就是把两个图形拼接起来，成为一个整体，就像焊接工艺把物体焊在一起一样。这个过程，先选哪一个都可以，不存在因选取顺序不同而结果不同的问题。就像堆雪人，不停往雪人上添加物体即可。

在123D Design中模型合并操作的示例如图3-5所示。

这是一个长方体和圆柱体合并起来的示例。未合并之前，可以分别选择长方体和圆柱体，通过合并操作，它们就成为一个整体，模型周围的亮绿色表示这是一个物体。如果长方体和圆柱体的比例设置得当，就可以创建出一把锤子模型。

3.1.2 相减操作

还是先利用平面图形来解释“相减”的含义。简单地说，相减操作是利用一个图形，在另一个图形上抠掉它们之间重合的部分，图3-6演示了这个过程。

不过要注意，这个操作的选择是有说法的，目标实体指的是执行完相减操作后要保留下来的物体，例如图中的矩形；源实体指的是要被当作工具使用的、从目标实体中减去的那个物体。当然，两个物体必须有重合的部分。

123D Design中模型相减操作的示例如图3-7所示。

把源实体当作工具，图3-7中右边的图形显示了球体被挖掉了圆柱体的结果。你可以把球体当成地球，圆柱体是插入地面的一根桩子，然后把桩子拔出来，留下地面的一个洞，这就相当于相减操作。

3.1.3 相交操作

接着利用上面的平面图形来解释“相交”的概念。相交是指保留两个物体的重叠部分，不重叠的区域被去除掉了。先来看看平面图形的示例，如图3-8所示。

这是执行相交操作后得到的结果，没有重叠的部分都不会保留。

123D Design中模型相交操作的示例如图3-9所示。

一个圆锥体和一个圆柱体执行了相交操作后，得到了图3-9中右边的结果。由于两个物体的重合部分是唯一的，因此选择哪个物体作为工具，对结果都没有影响。可以自己动手试试，凡事多体验，就会理解得更透彻。

举个例子帮助大家理解相交操作。在南方地区，人们不怎么吃面食，家里也没有必需的包饺子工具，那么如果要包饺子怎么办？他们的做法是先把面团压成薄片，然后用杯子在面片上压一下，就抠出一个圆的面皮。杯子就是工具，杯口与面片相交的部分，就是我们想要的结果，其执行的就是相交操作。

布尔运算在3D建模过程中的应用非常广泛，它是非常重要的建模手段。深入理解这3种操作方式，并恰当地运用它们，能够创建出比较复杂的模型，如图3-10所示为对长方体和球体进行两次布尔运算得到的模型。