3D打印知識普及：3D建模知多少
導語： 3D建模有什么不同？建模過程中有什么優缺點？你應該使用哪一種3D建模？筆者將一一在本文中詳細介紹。
文/深圳市捷泰技術有限公司
“3D建模”通俗來講就是通過三維制作軟件通過虛擬三維空間構建出具有三維數據的模型，其廣泛應用于3D打印、視頻游戲、電影、建筑、學術、醫學、工程和地球科學。由于使用習慣和適用性等問題，每個行業都有自己主流的3D文件格式，而其常用的格式通常是STL、OBJ、FBX、COLLADA等格式。。
3D建模的“痛腳”
據不完全統計，目前使用的3D格式文件多達數百種，AutoDesk和Blender等CAD軟件制造商都有自己的專用格式，并為他們的軟件進行了優化。所以如果你使用AutoCAD，將會得到一個DWG文件。如果您使用Blender，將獲得一個BLEND文件。
而多達數百種的3D格式文件，將不利于用戶對3D模型之間的修改，對于目前常用的AutoCAD軟件，其文件格式通常為“DWG”格式，如果要打開該文件，則必須采用AutoCAD軟件，其他大部分軟件將無法正常打開該文件。
3D建模：兼容成為主流
為了解決軟件間的互動性，部分企業研發出了兼容性格式，受到廣大用戶的歡迎，并逐漸成為目前的主流格式。
目前最為常見的兼容性格式是STL（具有.STL擴展名）和COLLADA（擴展名為.DAE），它們廣泛用于CAD軟件中，成為諸多軟件知之間的共享格式文件。在不同的建模軟件之間，這類格式文件可以相互轉化，從而使用戶可以在不同的建模軟件中直接使用，提升用戶之間的協作能力。
3D模型的幾何編碼
每個3D模型都具有獨特的幾何形狀，而每一種3D格式文件都支持支持并識別這些幾何模型，否則它們將不被視為3D文件格式。
編碼表面幾何的三種不同的方法，每一種都具有相應的優點和缺點。它們稱為近似網格、精確網格和建構實體幾何（CSG）
1、單元表達法(Cell Representation)
單元表達法起源于分析(如有限元分析)軟件，在這些軟件中，要求將表面離散成單元。典型的單元有三角形、正方形或多邊形，在快速成型技術中采用的三角形近似(將三維模型轉化成 STL格式文件)，就是一種單元表達法在三維面的應用形式。
通過利用Cell Representation，用戶可以設計出更為細膩的模型。但不可避免的是，隨著“細分”的增加，所需丹元數量就越多，文件存儲所占用的空間也一同增加。
2、參數表達法(Parameter Representation)
對于自由曲面，難于用傳統的幾何基元來進行描述，可用參數表達法。這些方法借助參數化樣條、貝塞爾b(ezier)曲線和 B樣條來描述自由曲面，它的每一個 X、Y、Z坐標都呈參數化形式。各種參數表達格式的差別僅在于對曲線的控制水平，即局部修改曲線而不影響臨近部分的能力，以及建立幾何體模型的能力。其中較好的一種是非一致有理 B樣條法，它能表達復雜的自由曲面，允許局部修改曲率，能準確地描述幾何基元。
為了綜合以上方法的優點，目前，許多CAD系統常采用 CSG、Brep和參數表達法的組合表達法。
3、構造型立體幾何表達法(Constructive Solid Geometry，簡稱CSG法)
它采用布爾運算法則(并、交、減)，將一些簡單的三維幾何基元(如立方體、圓柱體、環、錐體)加以組合、變化成復雜的三維模型實體，這種方法的優點是，易于控制存儲的信息量，所得到的實體真實有效，并且能方便地修改它的形狀。此方法的缺點是、可用于產生和修改實體的算法有限，構成圖形的計算量很大，比較費時。
4、邊界表達法(Boundary／Representation，簡稱Brep)
它根據頂點、邊和面構成的表面來精確地描述三維模型實體。這種方法的優點是，能快速地繪制立體或線框模型。此方法的缺點是、它的數據是以表格形式出現的，空間占用量大，修改設計不如CGS法簡單，例如，要修改實心立方體上的一個簡單孔的尺勺，必須先用填實來刪除這個孔，然后才能繪制一個新孔；所得到的實體不一定總是真實有效，可能出現錯誤的孔洞和顛倒現象，描述缺乏唯一性。
3D打印：只為最適用
在3D打印的建模中，其實并不需要太多的要求，不管是用哪一種方式建模，最為重要的是要符合3D打印機的打印精度要求。對于目前的桌面級3D打印機而言，建模的精度在高，3D打印機的精度也限制了其體現，花時間和力氣對3D建模的細節不斷美化，不如根據3D打印機的打印精度進行調整，從而得到更完美的模型。
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