Table Of Contents
- 十大 3D 技术开源应用程序
- 什么是 3D？
- 3D 的核心组件
- 3D 技术的应用
- 3D 入门
- 3D 技术的未来
- 1.Blender 是最受欢迎的开源 3D 创作套件
- 2. FreeCAD 是参数化 3D CAD
- 3. Wings 3D 是一款功能强大且用户友好的细分建模器
- 4. OpenSCAD 是一个基于脚本的 3D CAD 建模器
- 5. MeshLab 是一个强大的处理和编辑 3D 三角网格的工具
- 6. Tinkercad，虽然不是完全开源
- 7. BRL-CAD 是一个开源
- 8. Art of Illusion 是一家开源 3D 建模和渲染工作室
- 9. MakeHuman 是一款用于创建逼真的 3D 人体模型的开源工具
- 10. Houdini Apprentice 是功能强大的 3D
十大 3D 技术开源应用程序
什么是三维 (3D)
三维 3D 技术彻底改变了我们感知、创建和与数字内容交互的方式。从电影和视频游戏到建筑和产品设计，3D 无处不在。但 3D 到底是什么？它是如何工作的？这篇全面的介绍将探讨 3D 技术的基本概念、工具和应用，让您对这个令人兴奋的领域有扎实的了解。
什么是 3D？
1.1 3D 基础知识
3D 或三维物体是指除了高度和宽度之外还具有深度的物体。与仅存在于纸张或屏幕等平面上的 2D（二维）物体不同，3D 物体可以旋转并从多个角度查看，从而模拟我们在现实世界中感知物体的方式。
在数字领域，3D 模型是虚拟空间中物体的数学表示。这些模型可以被操作、制作动画并渲染成图像或视频。
1.2 3D 坐标系
3D 模型在由三个轴组成的坐标系中定义：
- X 轴：表示宽度（从左到右）
- Y 轴：代表高度（上下）
- Z 轴：代表深度（从前到后）
该 XYZ 坐标系允许在 3D 空间中精确定位和操纵物体。
3D 的核心组件
2.1 建模
建模是创建 3D 对象的形状和结构的过程。建模有多种方法，每种方法适用于不同类型的项目：
- 多边形建模：通过定义顶点（点）、边（连接顶点的线）和面（由边包围的表面）来创建模型。这是创建复杂形状的最常用方法。
- NURBS 建模：使用数学曲线（非均匀有理 B 样条）创建光滑、精确的表面。非常适合工业设计和汽车建模。
- 雕刻：与使用数字粘土类似，雕刻可以创建高度精细和有机的形状。此方法通常用于角色建模。
- 程序建模：涉及使用算法和规则自动生成模型。这对于创建景观或城市景观等复杂结构非常有用。
2.2 纹理
纹理处理涉及将图像或图案应用于 3D模型的表面，以赋予其颜色、细节和真实感。纹理可以模拟木材、金属或皮肤等材料。
- UV 映射：一种将 2D 纹理投影到 3D 模型上的技术。UV 映射涉及将模型展开为平面，以便可以准确地应用纹理。
- 凹凸贴图和法线贴图：用于模拟凹凸和皱纹等表面细节而无需添加额外几何体的技术。
- 镜面反射图：控制表面的光泽度和反射率。
2.3 照明
光照在 3D 中至关重要，它可以模拟光线与物体的相互作用，从而产生阴影、高光和反射。适当的光照可以增强场景的真实感和氛围。
- 灯光类型：常见类型包括点光源（向所有方向发光）、聚光灯（聚焦光束）和定向光源（如阳光）。
- 全局照明：模拟光从表面反射的方式，间接照亮其他物体。
- 环境光遮蔽：一种阴影技术，通过模拟光线不太可能到达的褶皱和角落中的柔和阴影来增加深度。
2.4 渲染
渲染是将 3D 场景转换为 2D 图像或动画的过程。它涉及计算光照、阴影和纹理的效果以产生最终输出。
- 实时渲染：用于视频游戏和交互式应用程序，其中帧是即时渲染的。通常使用光栅化和屏幕空间效果等技术。
- 光线追踪：一种更先进的渲染技术，可模拟光线的路径，产生高度逼真的图像。光线追踪计算量大，通常用于高端视觉效果和动画。
- 渲染引擎：Blender 的 Cycles、Arnold 和 V-Ray 等软件专门用于渲染，可针对各种需求提供不同的方法和优化。
2.5 动画
3D 动画涉及通过随时间操纵物体来创建运动幻觉。这包括从简单的动作到复杂的角色动画。
- 关键帧：定义对象属性（位置、旋转、比例等）发生变化的特定时间点的过程。然后软件会插入这些变化以创建流畅的运动。
- 索具：涉及创建控制 3D 模型的骨架或装备，从而更容易为角色或机械物体制作动画。
- 动作捕捉：一种记录真实演员动作并将其应用于 3D 角色的技术。该技术广泛用于电影和视频游戏中，以制作逼真的动画。
3D 技术的应用
3.1 娱乐
- 电影和动画：3D 广泛应用于制作视觉效果 (VFX) 和动画电影。皮克斯、梦工厂和其他工作室都依靠 3D 技术将故事变为现实。
- 视频游戏：现代视频游戏使用 Unity 和 Unreal Engine 等 3D 引擎构建，可实现沉浸式环境和逼真的角色模型。
- 虚拟现实 (VR) 和增强现实 (AR)：3D 模型对于创建 VR 和 AR 应用中的虚拟世界和交互式体验至关重要。
3.2 架构与设计
- 建筑可视化：建筑师使用 3D 软件在建筑和室内装饰开始建造之前创建逼真的可视化效果。这有助于规划和展示。
- 产品设计：工业设计师在进行实体生产之前，使用 3D 建模对产品进行原型设计和数字测试。
- 室内设计：3D 工具允许设计师创建虚拟房间布局、尝试不同的家具和材料并向客户展示概念。
3.3 制造与工程
- CAD（计算机辅助设计）：工程师使用 CAD 软件以 3D 形式设计和模拟产品、零件和机械。这在汽车设计、航空航天和机械工程等领域至关重要。
- 3D打印：3D 模型可以导出为 STL 等格式，3D 打印机可使用这些格式逐层创建实体对象。这彻底改变了原型设计和定制制造。
3.4 医学和科学可视化
- 医学成像：3D 技术用于根据 MRI 或 CT 扫描创建人体解剖的详细模型，有助于诊断、手术规划和教育。
- 科学模拟：研究人员使用 3D 模型来可视化复杂现象，例如分子结构、天体物理模拟和流体动力学。
3.5 教育培训
- 教育工具：3D 模型越来越多地用于教育软件，以提供从生物学和化学到历史和地理的交互式和沉浸式学习体验。
- 模拟训练：飞行员、外科医生和其他专业人员使用 3D 模拟在安全可控的环境中进行训练，复制真实世界的场景。
3D 入门
4.1 选择正确的软件
市面上有许多 3D 软件包，每个都有其优点和缺点。一些流行的选项包括：
- Blender：一款免费的开源软件，具有丰富的建模、动画和渲染功能。
- Autodesk Maya：广泛应用于电影和视频游戏行业的专业级软件。
- Cinema 4D：以其用户友好的界面和强大的运动图形工具而闻名。
- SketchUp：一个更简单、更易于访问的选项，特别适用于建筑建模。
- ZBrush：专门用于数字雕刻，非常适合创建详细的角色和有机模型。
4.2 学习资源
- 在线教程：YouTube、Blender Guru 和 CG Cookie 等网站提供从初学者到高级水平的无数教程。
- 书籍和课程：《3D 计算机动画和效果艺术》等书籍以及 Udemy 和 Coursera 等平台上的在线课程提供了结构化的学习路径。
- 练习和项目：学习 3D 的最佳方式就是实践。从简单的项目开始，随着信心的增强，逐渐承担更复杂的任务。
4.3 加入社区
3D 社区规模庞大，支持力度大。加入论坛、参与挑战并在 ArtStation、Sketchfab 或 CGSociety 等平台上分享您的作品，以获得反馈并提高您的技能。
3D 技术的未来
5.1 实时渲染和光线追踪
随着 GPU 技术的进步，实时光线追踪变得越来越容易实现，从而可以在视频游戏和交互式应用程序中实现逼真的图形。
5.2 人工智能和机器学习
人工智能越来越多地融入到 3D 工作流程中，从自动化繁琐的任务到通过机器学习技术增强真实感。
5.3 虚拟制作
虚拟制作因《曼达洛人》等电视剧而受到推广，它将 3D 技术与实时渲染和 LED 墙相结合，创造出融合现实世界和虚拟世界的沉浸式环境。
5.4 扩大在教育培训领域的应用
随着 3D 技术变得越来越经济实惠且易于获取，其在教育、医疗培训和远程学习领域的应用预计将不断增长，从而提供更具互动性和沉浸感的学习体验。
3D 技术是一种强大的工具，它涵盖了从娱乐和设计到工程和教育等众多行业。了解 3D 建模、纹理、照明和渲染的基础知识是掌握这项技术的第一步。无论您是业余爱好者、专业人士还是只是好奇，3D 世界都为创造力和创新提供了无限的可能性。
以下是十大开源 3D 软件程序的列表，这些程序在 3D 建模、动画、渲染等各个方面都备受推崇：
1.Blender 是最受欢迎的开源 3D 创作套件
- 描述：Blender 是最受欢迎的开源 3D 创作套件。它支持整个 3D 流程，包括建模、雕刻、纹理、动画、渲染和视频编辑。Blender 还拥有一个活跃的社区和大量的教程库。
- 主要特点：
- 高级建模工具
- 雕刻和绘画
- 使用 Eevee 进行实时渲染并使用 Cycles 进行光线追踪
- 广泛支持插件和附加组件
- 平台：Windows、macOS、Linux
2. FreeCAD 是参数化 3D CAD
- 描述：FreeCAD 是一款参数化 3D CAD 建模器，主要用于设计任何尺寸的真实物体。它是工程师、建筑师和设计师的理想选择。
- 主要特点：
- 参数化建模
- 允许插件的模块化架构
- 支持多种文件格式（STEP、IGES、STL 等）
- 机器人模拟和 CNC 加工支持
- 平台：Windows、macOS、Linux
3. Wings 3D 是一款功能强大且用户友好的细分建模器
- 描述：Wings 3D 是一款功能强大且用户友好的细分建模器。它提供了一个简单的界面，使初学者可以轻松开始 3D 建模。
- 主要特点：
- 高级细分建模
- 可定制的界面
- 广泛的选择和建模工具
- 支持多种常见的 3D 文件格式
- 平台：Windows、macOS、Linux
4. OpenSCAD 是一个基于脚本的 3D CAD 建模器
- 描述：OpenSCAD 是一款基于脚本的 3D CAD 建模器，主要用于创建适合 3D 打印的精确模型。它非常适合那些喜欢使用编程方法进行 3D 设计的人。
- 主要特点：
- 参数化设计功能
- 非常适合创建精确的模型和工程零件
- 基于脚本的建模（使用简单的脚本语言）
- 导出为 STL 和其他格式以进行 3D 打印
- 平台：Windows、macOS、Linux
5. MeshLab 是一个强大的处理和编辑 3D 三角网格的工具
- 描述：MeshLab 是一款功能强大的处理和编辑 3D 三角网格的工具。它广泛应用于 3D 扫描和准备 3D 打印模型领域。
- 主要特点：
- 广泛的网格处理能力
- 清理和修复网格错误
- 复杂 3D 模型的可视化和渲染
- 支持多种 3D 文件格式
- 平台：Windows、macOS、Linux
6. Tinkercad，虽然不是完全开源
- 描述：Tinkercad 虽然不是完全开源的，但可以免费使用，是一款深受初学者欢迎的在线 3D 建模工具。它尤其适用于教育目的和 3D 打印。
- 主要特点：
- 易于使用的拖放界面
- 专注于初学者和教育用途
- 与 3D 打印服务集成
- 基于网络的平台，可通过任何设备访问
- 平台：基于网络
7. BRL-CAD 是一个开源
- 描述：BRL-CAD 是一个历史悠久的开源实体建模系统，最初由美国陆军开发。它在工程和科学应用领域尤其强大。
- 主要特点：
- 高级 CSG（构造实体几何）建模
- 丰富的几何分析工具库
- 支持高性能光线追踪
- 支持多平台，拥有悠久的发展历史
- 平台：Windows、macOS、Linux
8. Art of Illusion 是一家开源 3D 建模和渲染工作室
- 描述：Art of Illusion 是一个开源 3D 建模和渲染工作室。它特别适合初学者和对动画感兴趣的人。
- 主要特点：
- 简单直观的界面
- 重点关注动画和程序纹理
- 自定义工具的集成脚本语言
- 支持各种渲染技术
- 平台：Windows、macOS、Linux
9. MakeHuman 是一款用于创建逼真的 3D 人体模型的开源工具
- 描述：MakeHuman 是一款开源工具，用于创建逼真的 3D 人体模型。它对于游戏、电影和模拟中的角色建模非常有用。
- 主要特点：
- 易于使用的界面用于生成人物角色
- 身体、面部和服装的广泛定制选项
- 导出为各种 3D 格式 (FBX、OBJ、Collada)
- 与 Blender 集成以进行进一步编辑
- 平台：Windows、macOS、Linux
10. Houdini Apprentice 是功能强大的 3D
- 描述：Houdini Apprentice 是功能强大的 3D 动画和 VFX 软件 Houdini 的免费版本。虽然不是完全开源的，但它提供了付费版本的几乎所有功能，只有一些限制。
- 主要特点：
- 视觉特效和程序建模的行业标准
- 强大的粒子和模拟工具
- 基于节点的工作流程
- 仅限非商业使用，带水印
- 平台：Windows、macOS、Linux
这些工具可根据您的需求提供一系列选项，无论您专注于精确的 CAD 建模、角色创建还是成熟的 3D 动画和渲染。