项目3 增强现实建模技术 项目介绍 三维建模技术在增强现实领域主要用于构建虚拟环境、建筑、人物角色和产品道具 等，主流的三维建模软件有3ds Max、Maya、Blender、Zbrush。三维对象建模是实现虚拟 现实与增强现实的基础工作之一。 增强现实是数字世界的增强版本，真实世界和数字世界同步以三维的形式表示，增强 现实内容的开发主要以模型、材质、空间和照明实现。增强现实应用对三维模型的要求更 高，必须以增强现实输出端口的参数要求去优化模型，在不损失逼真度的情况下减少三维 内容在终端设备上的性能占用，是增强现实应用中对于三维建模技术的规范。 三维建模是计算机图形的核心技术应用之一，广泛应用在技术与艺术领域。本项目主要 针对增强现实应用项目中常见的模型需求，完成工业产品、三维场景建筑和人物模型制作的 实例训练，以满足增强现实领域中三维仿真模型及数字创意模型的需求。由于三维建模软件 能够高效地支持增强现实应用的开发，所以需要对不同类型模型的制作方式进行探索与实践。 知识目标 ● 了解什么是增强现实建模技术。 ● 掌握增强现实应用中三维建模的方法。 ● 结合增强现实应用项目开发需求，在实践中模拟三维产品、三维场景和人物角色 模型的制作。 职业素养目标 ● 培养学生了解、传承、弘扬中国文化，增强民族自信。 ● 培养学生严谨细致、踏实耐心、刻苦钻研的职业素养。 ● 培养学生能够善于发现三维造型的美感，提升自身的制作水平和审美情趣。 ● 培养学生创造性思维，能创作符合市场需求的增强现实应用素材。 增强现实引擎技术 48 职业能力目标 ● 具有清晰的项目策划思路，善于沟通与提炼项目需求。 ● 学会结合三维建模技巧和数字化技术开发增强现实产品。 ● 理论知识与项目需求相结合，培养岗位职能意识。 项目重难点 项 目 内 容工 作 任 务建议学时知 识 点重 难 点重要程度 增强现实建模 技术 产品模型制作4 产品模型制作原理 和方法 素材搜集★★★☆☆ 模型规范★★★★☆ 技术原理★★★★★ 三维场景模型制作4 三维场景建模技术 应用 三维内容★★★☆☆ 模型优化★★★★☆ 增强现实人物角色 模型的制作 8 增强现实人物角色 建模制作规范 人物角色模型的制作★★★★★ 任务3.1 产品模型制作 任务要求 本任务主要探索工业产品建模技术，理解产品模型制作的原理和方法，熟悉 三维建模技术在增强现实工业产品模型制作中的典型应用。掌握三维建模和增强 现实产品的关系，理解三维工业产品模型设计与制作的原理及方法。能够从项目 中学习三维建模技术的方式及应用技巧，提高三维造型的能力。 建议学时 4 课时。 任务知识 知识点 三维模型处理方式及规范 传统三维软件建模方法主要分为NURBS 建模法和多边形网格建模法，目前常用的 3D 设计与建模软件有3ds Max、Maya、Cinema 4D、ZBrush 和Blender 等。 项目3 增强现实建模技术 49 Maya 是目前国际上最先进的高端三维动画制作软件，拥有最先进的三维动画制作 体系，能够方便快捷地创作出电影级别的视觉效果，魔幻史诗巨片《指环王》中的咕 噜，科幻电影《金刚》中的金刚，以及《阿凡达》中的纳威人，都是利用该软件制作出 的经典银幕形象。 三维模型处理方式及规范如下。 1. 掌握单位设置操作方法 为实时程序建模，必须在软件当中将系统单位（不是显示单位）设置为米。 2. 掌握命名规则 （1）为实时程序建模时，模型对象/ 组/ 虚拟物体/ 贴图/ 材质球的命名不能使用 中文。根据模型本身的名称统一命名，切不可随意命名（如111/222/123123）。不要用 模型中自带的名称（如box/Cylinder/line）。 （2）不要使用空格和特殊字符/ 标点符号。如果需要分隔多个单词，请使用下画线 （通用于模型、贴图、材质球） （3）模型物体之间严禁重名。无特别要求时，模型中不得存在A- 或A_ 这样的前 缀命名（因为配合产品程序使用，所以有这样的命名约束）。 （4）不同材质严禁重名。同一类型的材质可以通过加编号或使用位置区分，例 如杯子01、桌子01、手机01 等。尽量保证在同一个模型前后版本时材质命名的一 致性。 3. 掌握贴图要求 （1）材质球：首先，需要将材质调整为系统默认的标准和多维/ 子对象材质球（多 维/ 子对象材质球子材质只能使用标准材质）；其次，材质球中不可存在特殊材质效果， 如3ds Max 自带效果或者Vray 材质。 （2） 贴图命名： 可用英文、数字， 或英文数字混合的方式命名。严禁使用 “*、#%$”与空格等特殊符号。 （3）贴图格式：要根据模型实际情况对模型进行贴图，格式为JPG 或PNG。 （4）材质规格：2 的n 次方，纹理尺寸规格为4px×4px 至512px×512px 即可。 （5）区域内不同建筑物立面用到相同或类似纹理贴图时，必须采用同一张纹理贴 图。不可出现同图不同名或同名不同图的贴图。 （6）Diff use 通道不得有空材质。 （7）贴图路径：所有关联贴图应放在和模型同一文件夹下的map 文件夹内。 （8）模型中心点：在场景中，如果没有特殊要求的，模型中心点均为物体中心，坐 标可中心归底。 4. 掌握最终模型塌陷要求 （1）单个建筑或单个小品塌陷为一个物体，并用标准物体（新建box）塌陷这个物 体，然后在子物体层级删除原box，如包含不同属性物体，则按属性代号作为前缀进行 塌陷。 （2）不同场景的文件避免有命名相同的情况出现，最好所有模型合并为一个场景文 件交付。 增强现实引擎技术 50 5. 掌握模型制作面数 （1）在大场景建模中，模型制作要严格节省面数，避免面数过多，做到能表现物体 即可。尽量使用贴图代替模型，模型应尽量减少零碎对象。 （2）对于复杂但非重要模型，可以用贴图表现，如栏杆、管线等。 （3）若场景模型在程序中涉及地面路网模型，则需遵循以下原则：绿化地带与路网 为同平面上的物体，不应存在地面绿化带上叠加路网的情况，路网与地块是拼合切割。 任务实施 任务实施1：灯具模型制作 1. 创建灯具模型 1）灯头的制作 （1）创建一个圆柱体对象，用它来制作灯头，如图3-1 所示。按R 键调整圆柱体对象 比例尺寸，选择点级别模式调整灯头造型，如图3-2 所示。选择面级别模式删除圆柱体对 象上下底面，如图3-3 所示。 图3-1 创建圆柱体对象图3-2 调整圆柱体对象造型图3-3 删除圆柱体对象上下底面 （2）选中灯头模型，在面级别模式下按Ctrl + E 组合键，给灯头模型添加一定的厚度， 如图3-4 所示。在边级别模式下，选中灯头模型上下内外边缘循环边，按“Shift + 右击” 选择“倒角边”命令，如图3-5 所示。 图3-4 添加灯头厚度图3-5 倒角边 项目3 增强现实建模技术 51 2）支架的制作 （1）新建一个立方体对象，调整其位置，使其位于灯头模型下面，并且与灯头居中对 齐，继续调整模型形成支架。选择多切割工具，如图3-6 所示。按“Ctrl + 单击”环切加 线，再选择面按Ctrl + E 组合键挤出，如图3-7 所示。 图3-6 多切割图3-7 挤出 （2）切割支架模型，添加线条，如图3-8 所示。调整造型，如图3-9 所示。 图3-8 切割支架模型图3-9 调整造型 （3）选择支架的一个支脚，按下Ctrl + D 组合键予以复制，并按D 键调整坐标轴到 支架中心，如图3-10 所示。调整缩放Z 轴为-1，完成模型支脚的旋转，如图3-11 所示。 再复制出一个支架的支脚并将其旋转90°，调整造型，完成支架三支脚的制作，如图3-12 所示。 （4）新创建两个圆柱体对象，将其拉长并交叉垂直摆放，添加灯头上方支架。灯头支 架结构如图3-13 所示。灯头造型整体效果如图3-14 所示。 增强现实引擎技术 52 图3-10 调整坐标轴图3-11 调整缩放图3-12 调整造型完成制作 图3-13 灯头支架结构图3-14 灯头造型整体效果 3）灯线的制作 （1）单击菜单栏“曲线/ 曲面” 按钮创建曲线，如图3-15 所示。选择曲线，右击 调整曲线，如图3-16 所示。 图3-15 创建曲线图3-16 调整曲线 项目3 增强现实建模技术 53 （2）创建圆柱，选择所有模型按4 键，完成线框显示，将圆柱对齐曲线，如图3-17 所示。选择圆柱进入面级别模式，选择底面和曲线，选择“挤出”命令并增加分段数，完 成灯线制作，如图3-18 所示。 图3-17 线框显示图3-18 增加分段完成灯线制作 如果不需要调整灯线的造型，想要清除曲线，不可以直接删除曲线，需要先选择灯线 模型，然后单击菜单栏 按钮（删除选定对象上的构建历史）之后，再删除曲线。 4）开关的制作 （1）新建立方体，调整其长、宽、高度，选择高度上4 条边，执行“倒角边”命令 并调整参数，如图3-19 所示。选择侧面、底面，执行“全部删除”命令，如图3-20 与 图3-21 所示。 图3-19 倒角边图3-20 删除侧面图3-21 删除底面 （2）选择多切割工具，将多边形面处理成四边面或三角面，如图3-22 所示。全选整 个多边形面，按Ctrl + E 组合键挤压出厚度，选择上下边缘进行倒角边并调整参数完成造 型，如图3-23 所示。选择上面中间部分的面，进行缩小调整，再按Ctrl + E 组合键往内挤 压出凹槽，如图3-24 所示。 增强现实引擎技术 54 图3-22 切割模型图3-23 倒角边图3-24 挤压出细节 （3）使用“插入循环边”工具，给凹槽边缘包裹完成凹槽卡线，如图3-25 所示。选 择凹槽底面，执行复制命令，如图3-26 所示。适当缩小复制出的面并执行挤出，调整造 型，完成开关按钮制作，如图3-27 所示。 图3-25 凹槽卡线图3-26 复制面图3-27 挤出开关按钮 （4）选择开关按钮模型，按Shift + I 组合键，孤立显示当前选中对象，给造型边缘卡 线，如图3-28 所示。取消对象选择，再按Shift + I 组合键显示全部模型（取消孤立显示）， 选择两个对象，按Ctrl + G 组合键编组，完成开关制作，如图3-29 所示。将开关调整到台 灯位置进行组合，如图3-30 所示。 图3-28 孤立显示图3-29 取消孤立并编组图3-30 调整造型 项目3 增强现实建模技术 55 5）插头的制作 （1）新建立方体，利用它来制作插头，调整插头造型，如图3-31 所示。选择插头边 缘面，按Ctrl + E 组合键挤出，再按G 键重复挤出操作，如图3-32 所示。 图3-31 插头造型图3-32 制作插头边缘 （2）选择边按“Ctrl + 鼠标右键”→环形边工具→到环形边并分割，如图3-33 所示。 再执行倒角边命令，如图3-34 所示。选择插头切面执行挤出命令，禁用“保持面的连接 性”，调整插头造型，如图3-35 所示。 图3-33 到环形边并分割图3-34 倒角边图3-35 挤出 （3）执行挤出命令调整插头造型并卡线倒角，如图3-36 所示。最后将插头调整到台 灯位置进行组合，如图3-37 所示。完成灯具模型制作，整体效果如图3-38 所示。 图3-36 卡线倒角图3-37 调整插头造型图3-38 整体效果 增强现实引擎技术 56 2. 灯具模型的UV 调整与贴图制作 1）灯头模型的UV 展开与贴图制作 （1）选择灯罩，展开UV。选择UV 菜单，打开UV 编辑器，如图3-39 所示。展开并 显示UV，如图3-40 所示。UV 需要重新展开，选择UV 编辑器左侧UV 工具包面板中的 “创建”栏，使用“平面”选项，将模型原本的UV 进行平面映射，如图3-41 所示。 图3-39 打开UV 编辑器图3-40 显示UV 图3-41 对模型UV 进行平面映射 （2）选择循环边。在UV 编辑器中按“Shift + 右击”，单击“剪切”命令，如图3-42 所示。剪切开之后，单击“展开”栏中的“展开”键，完成UV 展开，将外灯罩UV 面积 放大，内灯罩UV 面积缩小，优化资源，如图3-43 所示。