第4章 高级建模技术

学习目标

• 掌握细分曲面建模
• 学会雕刻模式的使用
• 理解拓扑重构技术
• 掌握布尔运算和程序化建模
• 学会硬表面和有机体建模方法

知识点详解

4.1 细分曲面建模

4.1.1 细分曲面原理

细分曲面 (Subdivision Surface) 是通过数学算法将低多边形网格细分成平滑曲面的技术：

低模网格 → 细分算法 → 高模曲面

Catmull-Clark 细分算法：

• 每个面被分割成4个子面
• 新顶点位置基于周围顶点的平均值
• 保持原始形状的同时增加平滑度

4.1.2 细分曲面修改器

# 添加细分曲面修改器
Properties Panel → Modifier Properties → Add Modifier → Subdivision Surface

重要参数：
- Levels Viewport: 视口显示级别 (0-6)
- Render: 渲染级别 (0-6)  
- Type: Catmull-Clark (平滑) 或 Simple (不平滑)
- Use Limit Surface: 使用极限表面

细分级别对比：

级别	面数增加	适用场景
0	1x	原始网格
1	4x	基础细分
2	16x	一般用途
3	64x	精细建模
4+	256x+	特殊需求

4.1.3 边缘控制技术

边缘循环 (Edge Loops)：

Ctrl + R  # 添加边缘循环
# 边缘循环越靠近，细分后越尖锐

# 创建尖锐边缘
1. 在需要尖锐的位置添加紧密的边环
2. 调节边环间距控制尖锐度
3. 使用 Ctrl + B 倒角创建过渡

折痕 (Creasing)：

# 设置折痕
Shift + E  # 折痕工具
输入值：0 (无折痕) 到 1 (完全折痕)

# 应用场景
- 保持硬边缘而不添加几何体
- 部分尖锐化边缘
- 控制细分行为

4.2 雕刻模式

4.2.1 雕刻基础

雕刻模式允许像使用数字黏土一样塑造模型：

# 进入雕刻模式
1. 选择物体
2. 切换到 Sculpting 工作区
3. 或在模式菜单选择 Sculpting Mode

雕刻笔刷类型：

笔刷	功能	快捷键
Sculpt	基础雕刻	X
Smooth	平滑	S
Grab	抓取移动	G
Snake Hook	钩子拖拽	K
Inflate	膨胀	I
Flatten	平坦化	Shift + T
Scrape	刮削	Shift + T
Clay Strips	粘土条	C

4.2.2 动态拓扑 (Dyntopo)

# 启用动态拓扑
Ctrl + D  # 切换动态拓扑

动态拓扑设置：
- Detail Size: 细节大小 (像素)
- Relative Detail: 相对细节
- Detailing: 细节类型
  - Subdivide Edges: 细分边
  - Collapse Edges: 合并边
  - Subdivide Collapse: 综合模式

动态拓扑工作流程：

# 1. 从简单网格开始
添加 UV Sphere 或 Cube

# 2. 启用动态拓扑
Ctrl + D

# 3. 使用雕刻笔刷塑造
- 推拉基本形状
- 添加大的形体变化
- 逐步细化细节

# 4. 调节细节密度
- 高细节区域：降低Detail Size
- 低细节区域：提高Detail Size

4.2.3 多分辨率雕刻

# 多分辨率修改器工作流
1. 添加多分辨率修改器
2. Subdivide 创建细分层级
3. 在不同层级间雕刻
4. Higher Levels: 细节雕刻
5. Lower Levels: 整体形状调整

多分辨率优势：
- 保持低模用于动画
- 高模用于细节雕刻
- 可以烘焙法线贴图

4.3 拓扑重构技术

4.3.1 重拓扑的重要性

为什么需要重拓扑：

• 雕刻产生的网格拓扑混乱
• 动画需要规整的四边形网格
• 减少多边形数量优化性能
• 创建清晰的边流结构

4.3.2 手动重拓扑

# 手动重拓扑工具
1. 启用 Snap 捕捉到面
2. 创建新的 plane 或使用现有网格
3. 在原模型上重新创建拓扑

重拓扑工具：
- PolyBuild: 交互式多边形构建
- Knife: 刀切工具
- F: 填充面
- J: 连接顶点

重拓扑最佳实践：

# 边流方向指导
肌肉流向 → 边流跟随肌肉纹理
关节区域 → 环形边流便于变形
眼部周围 → 径向边流
嘴部周围 → 环形边流围绕嘴唇

# 多边形数量控制
游戏角色: 5,000-20,000 面
影视角色: 50,000-200,000 面
实时应用: 尽可能低的多边形数

4.3.3 自动重拓扑

# 四边形重网格 (Quad Remesh)
Mesh → Remesh → Quad Remesh

参数：
- Octree Depth: 细节层级
- Scale: 缩放系数
- Sharpness: 尖锐度
- Dual Mesh: 双重网格

4.4 布尔运算

4.4.1 布尔运算类型

# 三种布尔运算类型
Union (联合): A ∪ B - 合并两个物体
Difference (差集): A - B - 从A中减去B
Intersect (交集): A ∩ B - 保留重叠部分

4.4.2 布尔修改器

# 添加布尔修改器
Properties → Modifier Properties → Boolean

参数设置：
- Operation: 运算类型
- Object: 目标物体
- Solver: 求解器
  - Fast: 快速 (可能有精度问题)
  - Exact: 精确 (较慢但准确)

布尔运算示例：

# 制作螺丝钉头部的槽
1. 创建圆柱体作为螺丝
2. 创建立方体作为槽
3. 将立方体旋转45度并调整大小
4. 给螺丝添加布尔修改器
5. Operation: Difference
6. Object: 立方体
7. 应用修改器

4.4.3 布尔运算最佳实践

布尔运算注意事项

• 确保网格是封闭的 (Manifold)
• 避免重叠边和面
• 使用 Exact 求解器获得更好结果
• 布尔运算后检查并修复网格

# 布尔运算前的准备
1. 检查网格完整性
   - Mesh → Clean up → Fill Holes
   - Mesh → Normals → Recalculate Outside

2. 确保适当的网格密度
   - 太密：运算缓慢
   - 太疏：细节丢失

3. 使用修改器而不是直接应用
   - 保持非破坏性工作流
   - 可以随时调整参数

4.5 硬表面建模

4.5.1 硬表面建模原理

硬表面建模用于制作机械、建筑、产品等有明确边界的物体：

# 硬表面建模特点
- 清晰的边缘和角落
- 平整的表面
- 几何形状规整
- 精确的尺寸控制

4.5.2 硬表面建模技术

修改器栈组合：

# 典型的硬表面修改器栈
1. Mirror (镜像) - 对称建模
2. Array (阵列) - 重复元素
3. Solidify (厚度) - 添加厚度
4. Bevel (倒角) - 圆滑边缘
5. Subdivision Surface (细分) - 最终平滑

# 修改器顺序很重要！

建模技巧：

# 1. 从轮廓开始
添加基本形状 → 挤出轮廓 → 添加细节

# 2. 使用精确测量
Tab 输入精确数值
启用捕捉和增量

# 3. 保持清洁拓扑
主要使用四边形
避免多边形和三角形

4.5.3 机械零件建模实例

# 制作齿轮
1. 添加圆形 (24 vertices)
2. 进入编辑模式，选择所有
3. Alt + E → Extrude Individual Faces
4. S → 0.8 (缩放内部)
5. E → 向外挤出齿
6. Ctrl + R 添加中心孔的边环
7. I → 内插创建内环
8. Delete Faces → 删除中心
9. 添加细分和倒角修改器

4.6 有机体建模

4.6.1 盒子建模法

从简单的立方体开始创建复杂的有机形态：

# 盒子建模步骤
1. 从立方体开始
2. 使用环切划分主要结构
3. 挤出创建四肢和附属结构
4. 逐步细化形状
5. 使用比例编辑平滑过渡
6. 添加细分曲面修改器

4.6.2 有机建模技巧

形体控制：

# 比例编辑 (Proportional Editing)
O  # 启用比例编辑
滚轮 # 调节影响范围
Alt + O # 切换连接模式

# 平滑工具
Alt + S # 沿法向缩放 (膨胀/收缩)
Shift + Alt + S # 沿法向平滑缩放

肌肉流向建模：

# 遵循解剖结构
1. 研究真实解剖参考
2. 边流跟随肌肉纹理
3. 关注关节和变形区域
4. 保持对称性 (使用镜像修改器)

4.7 实战练习

练习1：咖啡杯建模 (细分曲面)

练习目标

掌握细分曲面建模的基本流程和边缘控制

# 使用细分曲面制作咖啡杯
# 第一步：创建杯体轮廓
1. 删除默认立方体
2. Shift + A → Mesh → Cylinder (Vertices: 12)
3. Tab 进入编辑模式
4. 选择顶面，Delete → Faces (创建开口)

# 第二步：塑造杯体形状
5. 2 → 切换到边选择模式  
6. Alt + 左键选择不同高度的边环
7. S → 缩放不同边环创建杯体轮廓
8. 选择开口边环，E → 挤出向内创建杯口厚度

# 第三步：添加细分
9. 添加细分曲面修改器 (Level: 2)
10. 在需要尖锐的地方添加边环 (Ctrl + R)
11. 调整边环位置控制曲率

# 第四步：制作手柄
12. 在杯体侧面选择两个面
13. E → 挤出，S → 0 合并
14. E → 继续挤出形成手柄形状
15. 使用G和R调节手柄弧度

练习2：简单角色头部 (雕刻)

# 使用雕刻模式创建角色头部
# 第一步：准备基础模型
1. 添加UV球体
2. 切换到Sculpting工作区
3. Ctrl + D 启用动态拓扑

# 第二步：塑造基本头部形状
4. 使用Grab笔刷 (G) 调整头部比例
5. 用Snake Hook (K) 拉出鼻子
6. Inflate (I) 加厚嘴唇区域
7. 用Grab笔刷调整眼窝深度

# 第三步：添加细节
8. 降低Detail Size增加细节密度
9. 使用Clay Strips添加肌肉纹理
10. Smooth笔刷 (S) 平滑过度区域
11. 用标准雕刻笔刷添加皱纹等细节

# 第四步：完善和优化
12. 使用四边形重网格重新拓扑
13. 手动调整关键边流
14. 添加细分曲面修改器

练习3：机械零件 (硬表面 + 布尔)

注意事项

• 硬表面建模需要精确的测量和对称性
• 布尔运算要确保网格的完整性
• 合理使用修改器栈顺序

# 制作螺栓和螺母组合
# 螺栓制作：
1. 添加圆柱体 (12 vertices)
2. S → X/Y → 0.5 缩小直径
3. S → Z → 3 拉长
4. 选择顶面，E → 挤出螺栓头
5. S → 1.5 扩大螺栓头

# 螺纹制作：
6. 添加另一个圆柱体作为螺纹
7. 添加螺旋修改器 (Screw)
8. 调整参数创建螺纹效果
9. 使用布尔修改器与螺栓合并

# 螺母制作：
10. 添加圆柱体
11. 编辑模式下选择6个面创建六角形
12. I → 内插创建内孔
13. Delete Faces删除中心
14. 使用布尔修改器切割螺纹孔

# 组装和渲染：
15. 将螺栓插入螺母
16. 添加金属材质
17. 设置适当的光照
18. 渲染最终效果

4.8 高级建模工具

4.8.1 Extra Objects 插件

# 启用Extra Objects插件
Edit → Preferences → Add-ons → Extra Objects

新增物体类型：
- Extra Meshes: 更多基础网格
- BoltFactory: 螺栓生成器
- ANT Landscape: 地形生成器
- Discombobulator: 随机细节生成器

4.8.2 Loop Tools 插件

# Loop Tools 功能
- Bridge: 桥接边环
- Loft: 放样连接
- Relax: 松弛顶点
- Space: 均匀分布
- Curve: 曲线化边环
- Circle: 圆形化选择
- Flatten: 平坦化

4.8.3 F2 插件

# F2 快速填充
F  # 智能填充面
- 自动检测最佳填充方式
- 支持四边形和三角形
- 提高建模效率

高级建模快捷键总结

工具	快捷键	说明
细分曲面切换	Ctrl + 1-6	快速设置细分级别
雕刻模式	Ctrl + Tab	切换雕刻模式
动态拓扑	Ctrl + D	切换动态拓扑
折痕	Shift + E	设置边折痕
标记尖锐	Shift + Ctrl + E	标记尖锐边
雕刻笔刷大小	F	调节笔刷大小
雕刻笔刷强度	Shift + F	调节笔刷强度
平滑雕刻	Shift + 鼠标	临时切换到平滑笔刷
减法雕刻	Ctrl + 鼠标	反向雕刻效果

4.9 建模工作流程优化

4.9.1 非破坏性建模

# 建模工作流程建议
1. 使用修改器而非直接操作
2. 保持原始网格的简洁性
3. 分阶段应用修改器
4. 及时备份重要节点

# 修改器栈管理
- Mirror在最下方 (影响后续所有修改器)
- Subdivision在最上方 (最后应用平滑)
- Boolean放在中间适当位置
- 随时可以调整顺序和参数

4.9.2 性能优化

# 提高建模性能
1. 合理设置细分级别
   - 编辑时使用低级别
   - 渲染时使用高级别

2. 使用简化显示
   - 线框模式编辑
   - 隐藏不必要的物体
   - 使用层级管理

3. 定期清理场景
   - 删除未使用的网格
   - 合并相似物体
   - 应用不再需要的修改器

学习建议

1. 渐进式学习：从简单形状开始，逐步增加复杂度
2. 实践为主：多做练习项目，理论结合实践
3. 参考学习：观察真实物体的形态和结构
4. 工具熟练：掌握各种建模工具的快捷键
5. 保持耐心：复杂建模需要时间和经验积累

通过本章学习，你应该能够：

• 熟练使用细分曲面进行有机建模
• 掌握雕刻工具创建复杂细节
• 理解并应用拓扑重构技术
• 使用布尔运算进行复杂造型
• 具备硬表面和有机体建模能力

这些高级建模技术是创建专业级3D模型的关键技能，需要通过大量实践来熟练掌握。