第2章 3D基础概念与坐标系统

学习目标

• 理解 3D 空间坐标系统
• 掌握物体的变换操作（移动、旋转、缩放）
• 学会物体的选择和编辑模式
• 理解局部坐标系与全局坐标系
• 掌握精确建模工具和对齐功能

知识点详解

2.1 3D 空间坐标系统

2.1.1 笛卡尔坐标系

在 3D 空间中，我们使用三维笛卡尔坐标系来定位物体：

Y 轴（绿色）
↑
│
│
└────→ X 轴（红色）
/
/
Z 轴（蓝色）

坐标轴说明：

• X 轴（红色）：左右方向，正方向向右
• Y 轴（绿色）：前后方向，正方向向前
• Z 轴（蓝色）：上下方向，正方向向上

Blender 坐标系特点

• Blender 使用右手坐标系
• Z 轴为上方向（与某些软件的 Y 轴向上不同）
• 原点 (0, 0, 0) 位于场景中心

2.1.2 坐标系类型

全局坐标系 (Global)：

• 固定的世界坐标系
• 所有物体都相对于这个坐标系定位
• 坐标轴方向永不改变

局部坐标系 (Local)：

• 每个物体都有自己的坐标系
• 随物体旋转而改变方向
• 便于相对于物体自身进行操作

视图坐标系 (View)：

• 相对于当前视图的坐标系
• 随视口旋转而改变
• 便于从当前视角进行操作

2.2 基本变换操作

2.2.1 移动操作 (Grab/Move)

基本移动：

G         # 激活移动工具，跟随鼠标
G + X     # 约束到 X 轴移动
G + Y     # 约束到 Y 轴移动  
G + Z     # 约束到 Z 轴移动

# 精确移动
G + X + 2   # 沿 X 轴移动 2 个单位
G + Y + -1  # 沿 Y 轴负方向移动 1 个单位

# 平面移动（排除某轴）
G + Shift + Z  # 在 XY 平面移动（排除 Z 轴）
G + Shift + X  # 在 YZ 平面移动（排除 X 轴）

移动示例练习：

# 创建一个简单的场景布局
# 1. 默认立方体保持在原点
# 2. 添加球体：Shift + A → Mesh → UV Sphere
# 3. 移动球体：G + X + 3（向右移动3个单位）
# 4. 添加圆柱：Shift + A → Mesh → Cylinder  
# 5. 移动圆柱：G + Y + 3（向前移动3个单位）

2.2.2 旋转操作 (Rotate)

基本旋转：

R         # 激活旋转工具
R + X     # 绕 X 轴旋转
R + Y     # 绕 Y 轴旋转
R + Z     # 绕 Z 轴旋转

# 精确旋转
R + Z + 45  # 绕 Z 轴旋转 45 度
R + X + 90  # 绕 X 轴旋转 90 度

# 增量旋转
R + R       # 按上次旋转角度重复旋转

旋转中心点：

旋转中心	快捷键	说明
包围盒中心	. (句号)	选中物体的几何中心
3D 游标	Shift + .	以 3D 游标为旋转中心
各自原点	Ctrl + .	多选时各自绕原点旋转
活动元素	Alt + .	以最后选中的物体为中心

2.2.3 缩放操作 (Scale)

基本缩放：

S         # 等比缩放
S + X     # 沿 X 轴缩放
S + Y     # 沿 Y 轴缩放
S + Z     # 沿 Z 轴缩放

# 精确缩放
S + 2     # 放大 2 倍
S + 0.5   # 缩小到一半
S + -1    # 镜像翻转

# 非等比缩放
S + Shift + Z  # 在 XY 平面缩放（不影响 Z）

2.3 变换工具和操控器

2.3.1 变换工具栏

在 3D 视口左侧的工具栏中：

┌─────────┐
│    ↗    │  选择工具 (W)
├─────────┤
│    ✋   │  3D 游标工具 (Shift + 右键)
├─────────┤
│    ↔    │  移动工具 (G)
├─────────┤
│    ↻    │  旋转工具 (R)  
├─────────┤
│    ⊞    │  缩放工具 (S)
├─────────┤
│    ⚒    │  变换工具 (T)
└─────────┘

2.3.2 操控器 (Gizmo)

操控器是视口中的可视化变换工具：

移动操控器：

• 红色箭头：X 轴移动
• 绿色箭头：Y 轴移动
• 蓝色箭头：Z 轴移动
• 彩色正方形：平面移动

旋转操控器：

• 红色环：绕 X 轴旋转
• 绿色环：绕 Y 轴旋转
• 蓝色环：绕 Z 轴旋转
• 白色外环：自由旋转

缩放操控器：

• 彩色正方形：等比缩放
• 彩色线段：单轴缩放

2.4 精确建模工具

2.4.1 数值输入

精确变换输入：

# 在变换操作中直接输入数值
G + X + Tab  # 切换到数值输入模式
# 然后输入具体数值，如：2.5

# 使用表达式
S + Tab  # 进入数值输入
# 可以输入：*2 (乘以2) 或 /3 (除以3) 或 +1.5 (加1.5)

2.4.2 捕捉工具 (Snapping)

捕捉设置：

# 启用/禁用捕捉
Shift + Tab  # 切换捕捉开关

# 捕捉类型（在标题栏设置）
- Increment：增量捕捉（网格）
- Vertex：顶点捕捉
- Edge：边捕捉  
- Face：面捕捉
- Volume：体积捕捉

捕捉选项：

选项	说明	适用场景
最近	捕捉到最近的目标	一般用途
中心	捕捉到目标中心	对齐操作
中位数	捕捉到选择的中位数	多选时使用
活动	捕捉到活动元素	精确对齐

2.4.3 比例编辑 (Proportional Editing)

O  # 启用/禁用比例编辑

# 比例编辑类型
- Smooth：平滑影响
- Sphere：球形影响  
- Root：根式影响
- Sharp：尖锐影响
- Linear：线性影响
- Constant：常量影响

# 调节影响范围
鼠标滚轮  # 在比例编辑模式下调节影响半径

2.5 坐标系统切换

2.5.1 变换方向

在 3D 视口标题栏可以切换变换方向：

全局 (Global)     # 使用世界坐标系
局部 (Local)      # 使用物体局部坐标系  
法向 (Normal)     # 使用面法向坐标系
万向 (Gimbal)     # 使用万向节坐标系
视图 (View)       # 使用视图坐标系
游标 (Cursor)     # 使用 3D 游标坐标系

2.5.2 变换轴心点

变换轴心点决定变换的中心：

轴心点类型：

# 包围盒中心
适用于：一般变换操作

# 3D 游标
适用于：围绕特定点旋转

# 各自原点
适用于：多物体各自变换

# 中位点
适用于：多选物体的中心点

# 活动元素
适用于：以最后选中为基准

2.6 高级选择工具

2.6.1 选择工具

基础选择：

A          # 全选
Alt + A    # 取消全选  
Ctrl + I   # 反选
H          # 隐藏选中
Alt + H    # 显示全部
Shift + H  # 隐藏未选中

框选和圈选：

B          # 框选工具
C          # 圈选工具（鼠标滚轮调节大小）
Alt + B    # 框选视图裁剪

2.6.2 相似选择

Shift + G  # 选择相似
- Type：按类型选择
- Material：按材质选择  
- Color：按颜色选择
- Dimensions：按尺寸选择

2.7 3D 游标和原点

2.7.1 3D 游标

3D 游标是场景中的定位工具：

Shift + 右键  # 放置 3D 游标
Shift + S     # 捕捉菜单
- Cursor to Selected：游标到选中
- Selection to Cursor：选中到游标
- Cursor to Center：游标到中心
- Cursor to Grid：游标到网格

2.7.2 原点操作

# 设置原点位置
Ctrl + Alt + Shift + C  # 原点菜单
- Geometry to Origin：几何到原点
- Origin to Geometry：原点到几何中心
- Origin to 3D Cursor：原点到游标
- Origin to Center of Mass：原点到重心

2.8 实战练习

练习1：坐标系统理解

练习目标

理解不同坐标系的区别和应用场景

# 1. 创建三个立方体
# 2. 将它们排列成 L 形
# 3. 旋转中间的立方体 45 度
# 4. 分别在全局和局部坐标系下移动旋转后的立方体
# 5. 观察操作差异

步骤：
1. Delete 删除默认立方体
2. Shift + A 添加立方体，位置 (0, 0, 0)
3. Shift + D 复制，移动到 (2, 0, 0)  
4. Shift + D 再复制，移动到 (0, 2, 0)
5. 选中位置 (2, 0, 0) 的立方体
6. R + Z + 45 旋转 45 度
7. 在标题栏切换坐标系，观察操控器变化
8. 分别用全局和局部坐标系移动这个立方体

练习2：精确建模练习

# 制作一个简单的桌子模型
# 要求：桌面 2x1x0.1，桌腿高 0.8

# 桌面制作
1. 添加立方体
2. S + X + 1 (沿 X 轴缩放到 2)
3. S + Y + 0.5 (沿 Y 轴缩放到 1)  
4. S + Z + 0.05 (沿 Z 轴缩放到 0.1)
5. G + Z + 0.45 (向上移动到合适位置)

# 桌腿制作  
6. 添加立方体作为桌腿
7. S + X + 0.05, S + Y + 0.05 (缩小 X、Y)
8. S + Z + 0.4 (Z 轴缩放到 0.8 高)
9. G + X + 0.8, G + Y + 0.4 (移动到桌角)
10. Shift + D 复制其他三条腿

练习3：变换工具综合应用

注意事项

• 确保理解全局和局部坐标系的区别
• 熟练使用数值输入进行精确变换
• 合理使用轴心点设置

# 制作一个风车模型
# 1. 创建风车叶片（使用平面）
# 2. 复制旋转创建多个叶片  
# 3. 创建支柱
# 4. 组合成完整模型

详细步骤：
1. 删除默认立方体
2. Shift + A → Mesh → Plane
3. S + Y + 2 (拉长平面作为叶片)
4. 设置轴心点为 3D 游标
5. Shift + S → Cursor to Center (游标到中心)
6. Shift + D 复制叶片
7. R + Z + 90 (旋转 90 度)
8. 重复步骤 6-7 创建 4 个叶片
9. 添加圆柱作为支柱
10. G + Z + -1 (向下移动)
11. S + Z + 2 (拉长支柱)

常用变换快捷键总结

操作	快捷键	说明
移动	G	自由移动
约束移动	G + X/Y/Z	沿轴移动
平面移动	G + Shift + X/Y/Z	排除某轴移动
旋转	R	自由旋转
约束旋转	R + X/Y/Z	绕轴旋转
缩放	S	等比缩放
约束缩放	S + X/Y/Z	沿轴缩放
捕捉切换	Shift + Tab	开关捕捉
比例编辑	O	开关比例编辑
3D游标	Shift + 右键	放置游标

变换工具设置

2.9 变换设置面板

在属性面板的变换选项卡中：

位置 (Location)：

• X, Y, Z 坐标值
• 可直接输入精确数值

旋转 (Rotation)：

• 欧拉角：X, Y, Z 轴旋转角度
• 轴角：旋转轴和角度
• 四元数：四维旋转表示

缩放 (Scale)：

• X, Y, Z 轴缩放系数
• 链接图标：保持比例缩放

2.10 物体关系和层级

2.10.1 父子关系

# 建立父子关系
1. 先选择子物体
2. 再选择父物体（Shift + 左键）
3. Ctrl + P → Object (保持变换)

# 解除父子关系
Alt + P → Clear Parent

父子关系特点：

• 子物体跟随父物体变换
• 子物体的坐标相对于父物体
• 形成层级结构便于管理

2.10.2 集合管理

# 创建集合
M  # 移动到集合菜单
Shift + A  # 创建新集合

# 集合操作
- 隐藏/显示集合
- 启用/禁用集合选择
- 集合实例化

学习建议

1. 理解坐标系：全局和局部坐标系的区别是 3D 工作的基础
2. 熟练变换操作：G、R、S 三个基本操作要非常熟练
3. 掌握精确控制：学会使用数值输入和捕捉工具
4. 建立空间思维：多从不同角度观察和操作物体
5. 善用辅助工具：3D 游标、比例编辑等能大大提高效率

通过本章学习，你应该能够：

• 理解 3D 空间的基本概念
• 熟练使用各种变换工具
• 精确控制物体的位置、旋转和缩放
• 理解不同坐标系的应用场景

这些技能是所有后续 3D 操作的基础，必须熟练掌握。