精雕入門系列01第一章概述

1、第一章概述1.1簡(jiǎn)介去料謂之雕，堆料謂之塑，在電腦三維數(shù)字化模型上實(shí)施交互式堆/去料等操作之過(guò)程謂之虛擬雕塑（Virtual Sculpting）。虛擬雕塑是圖形/圖象/曲面系統(tǒng)的有機(jī)結(jié)合，它利用圖形/圖象/曲面系統(tǒng)的操作方法，交互式創(chuàng)建，修改，修飾海量數(shù)據(jù)的三維幾何模型，非常適合構(gòu)造尺寸要求不嚴(yán)，形狀復(fù)雜，二維半的藝術(shù)曲面，如圖 1-1。使用虛擬雕塑完成的作品，可經(jīng)上色處理之后存為圖象，利用圖象輸出設(shè)備，如噴繪儀等輸出，這樣得到的圖象層次感非常強(qiáng)，呼之欲出；或者可使用快速成型設(shè)備或 CNC 電腦雕刻機(jī)單件或批量地雕刻出來(lái)，實(shí)現(xiàn)手工與機(jī)器的完美結(jié)合。（a）(b)(c)(d)圖 1-1 模型1.

2、2基本概念1.2.1矩形網(wǎng)格按照組成網(wǎng)格曲面的多邊形分類，網(wǎng)格曲面可分為如下幾類：虛擬雕塑的對(duì)象是一張?zhí)厥獾木匦尉W(wǎng)格-由 MN 個(gè)按順序水平放置的正方形組成。水平及垂直方向分辨率相同的圖象可以轉(zhuǎn)換為一正方形網(wǎng)格。普通網(wǎng)格可以通過(guò)藝術(shù)曲面中曲面重構(gòu)功能轉(zhuǎn)化為矩形網(wǎng)格或正方形網(wǎng)格。1.2.2雕塑模型雕塑模型是虛擬雕塑的對(duì)象，是一張水平放置的正方形網(wǎng)格曲面。虛擬雕塑環(huán)境同時(shí)只能存在一個(gè)工作雕塑模型及零個(gè)或多個(gè)參考雕塑模型，工作雕塑模型及參考雕塑模型之間可相互轉(zhuǎn)換。初始雕塑模型的創(chuàng)建方法有：在藝術(shù)曲面模塊環(huán)境中選擇一個(gè)或多個(gè)矩形網(wǎng)格，然后點(diǎn)擊屏幕右側(cè)工具條中虛擬雕塑工具。進(jìn)入虛擬雕塑環(huán)境，點(diǎn)擊模型工具

3、中的新建模型命令。進(jìn)入虛擬雕塑環(huán)境，點(diǎn)擊模型工具中的位圖轉(zhuǎn)浮雕命令。進(jìn)入虛擬雕塑環(huán)境，點(diǎn)擊模型工具中的圖像浮雕命令。進(jìn)入虛擬雕塑環(huán)境，點(diǎn)擊模型工具中的加載雕塑模型命令。雕塑操作完成之后，點(diǎn)擊選擇工具，工作雕塑模型及參考雕塑模型以矩形網(wǎng)格的形式出現(xiàn)于選擇工具環(huán)境中，此時(shí)所針對(duì)網(wǎng)格網(wǎng)曲面的操作同樣也適用于該雕塑模型。雕塑模型中頂點(diǎn)的總數(shù)決定了系統(tǒng)的運(yùn)行速度。一般該參數(shù)在 100 萬(wàn)之內(nèi)，在當(dāng)前的 P4 機(jī)器上，速度還可以接受，在高配置的機(jī)器上，使用局部操作模式頂點(diǎn)數(shù)可達(dá) 1000 萬(wàn)左右。若模型由圖像轉(zhuǎn)化而來(lái)，模型頂點(diǎn)數(shù) = X 方向的像素?cái)?shù) * Y 方向的像素?cái)?shù)。若模型由藝術(shù)曲面中曲普通網(wǎng)格由四

4、邊形及三角形組成。矩形網(wǎng)格由 MN 個(gè)按順序水平放置的矩形組成。拓?fù)渚匦尉W(wǎng)格由 MN 個(gè)按順序放置的四邊形組成，如放樣等生成的網(wǎng)格。單向周期網(wǎng)格拓?fù)渚匦尉W(wǎng)格的一個(gè)特例，常用于表示滾筒。面重構(gòu)功能轉(zhuǎn)化而來(lái)，模型頂點(diǎn)數(shù) = (X 方向尺寸/X 方向步長(zhǎng)) * (Y 方向尺寸/Y 方向步長(zhǎng))?！斑x項(xiàng)”中“模型屬性” 命令可顯示工作雕塑模型中頂點(diǎn)的總數(shù)。在虛擬雕塑過(guò)程中，可以增加或減少工作模型頂點(diǎn)數(shù)。在構(gòu)造模型的大面時(shí)，可以減少頂點(diǎn)數(shù)以提高速度，在大面構(gòu)造好之后，構(gòu)造模型的表面細(xì)節(jié)時(shí)，再增加頂點(diǎn)數(shù)，以便精細(xì)控制。如果模型某個(gè)或多個(gè)局部比較精細(xì)，系統(tǒng)提供了截取模型功能，可以以較少的頂點(diǎn)（較大的步長(zhǎng)）構(gòu)造

5、整個(gè)模型以提高速度，再截取需要精細(xì)控制的局部，然后調(diào)小步長(zhǎng)重構(gòu)可實(shí)現(xiàn)局部精細(xì)控制。截取模型時(shí)可把截取區(qū)域下的基面壓低到一個(gè)指定高度，從而省去了拼合的過(guò)程。1.2.3操作模式三種操作模式可用于三種不同的場(chǎng)合：?jiǎn)文Ｐ驼w操作模式可用于頂點(diǎn)數(shù) 150 萬(wàn)以內(nèi)的模型。單模型局部操作模式可用于頂點(diǎn)數(shù) 150 萬(wàn)-1000 萬(wàn)以內(nèi)的模型。多模型多分辨率操作模式可用于模型一個(gè)或多個(gè)局部要求比較精細(xì)的場(chǎng)合。系統(tǒng)缺省的操作模式為單模型整體操作模式，利用設(shè)定操作范圍命令可把單模型整體操作模式轉(zhuǎn)為單模型局部操作模式，利用截取模型命令可把單模型整體操作模式轉(zhuǎn)為多模型多分辨率操作模式。1.2.4層虛擬雕塑環(huán)境下只有一個(gè)

6、工作模型，但該模型是由兩個(gè)獨(dú)立的層的層及層。層及層及層疊加在一起，屏幕上見(jiàn)到的模型（復(fù)合層）。層都是一張與的工作模型尺寸等同的網(wǎng)格曲面。層是一個(gè)基準(zhǔn)曲面，除固化及流化命令外其它命令不能修改它。所有令都是修改復(fù)合層或?qū)?，缺省為?fù)合層。固化層存在的一個(gè)理由之一在于相當(dāng)一部分命令，如沖壓、堆料-自然效果、涂抹紋理等等，必須有一個(gè)相對(duì)穩(wěn)定的基準(zhǔn)曲面。由位圖轉(zhuǎn)浮雕、圖像浮雕，JDP 文件讀入的對(duì)象，或選擇工具下構(gòu)造的對(duì)象進(jìn)入虛擬雕塑環(huán)境時(shí)，其層為一零平面，層等于復(fù)合層為屏幕上見(jiàn)到的模型。由虛擬雕塑環(huán)境下保存及載入“VSM”文件時(shí)，層、層及復(fù)合層的信息可保存及重載。顯示控制命令可分別控制只顯示態(tài)，否則速度

7、較慢。功能鍵“B”可把層、層及復(fù)合層。但操作時(shí)應(yīng)該處于復(fù)合層顯示狀層上頂點(diǎn)高度不為零處以綠色顯示出來(lái)。擦除命令就是把層上高度不為零的頂點(diǎn)置為零。命令把層上的對(duì)象移到層，并把層相應(yīng)的部位置為零。流化命令把層上的對(duì)象移動(dòng)到層，并把層相應(yīng)的部位清零。層是虛擬雕塑的一個(gè)重要概念，沒(méi)有理解層的概念就不能解釋命令操作過(guò)程中的一些怪現(xiàn)象，就不能真正體會(huì)虛擬雕塑的好處。1.2.5取消/重做在虛擬雕塑環(huán)境中，有兩套取消/重做機(jī)制。對(duì)圖形的生成、編輯、變換等操作，其取消/重做機(jī)制與選擇工具中的取消/重做機(jī)制相同。對(duì)虛擬雕塑操作，考慮到雕塑模型數(shù)據(jù)量太大，系統(tǒng)缺省只提供了單步取消/重做機(jī)制，即可以取消最近的一次鼠標(biāo)

8、左鍵按下到抬起期間對(duì)模型高度或顏色的改變。但如果系統(tǒng)內(nèi)存允許，取消/重做步數(shù)可增加到 30 步。如果用戶輸入了較大的步數(shù)，系統(tǒng)自動(dòng)依照內(nèi)存大小計(jì)算出一最大可能的步數(shù)。70 萬(wàn)的頂點(diǎn)在 1G 的內(nèi)存的機(jī)器上，取消/重做步驟一般可設(shè)到 30 步。連做多步取消/重粗糙模式，以提高速度。作時(shí)，可用功能鍵“C”把顯示模式置為除了取消/重做功能外，系統(tǒng)提供了擦除和整體擦除功能。擦除命令可擦除模型指定區(qū)域的修改。擦除是恢復(fù)特定區(qū)域最近一次模型化時(shí)的狀態(tài)。時(shí)的狀態(tài)。整體擦除恢復(fù)整個(gè)模型最近一次模型固1.2.6刷子/體素/紋理單元刷子是限定操作影響范圍的一個(gè)區(qū)域。通常刷子為圓形或長(zhǎng)方形。除了系統(tǒng)提供的預(yù)定義刷子

9、之外，用戶可利用網(wǎng)格曲面或圖象自定義刷子。通常刷子還有三個(gè)參數(shù)：X、Y 向尺寸及高度。虛擬雕塑中，堆/去料、體素、紋理填充等操作中都利用了刷子的概念。在磨光等操作中，刷子高度的概念變?yōu)榱Χ鹊母拍?，力度變化范圍?0.0-1.0，1.0 表示力度最強(qiáng)。在虛擬雕塑中刷子,體素及紋理單元是通用的,所有的紋理單元都可用作刷子及體素。系統(tǒng)預(yù)定義的刷子有十類：所有的刷子都可用作體素及紋理單元,同理圖 1-2 預(yù)定義刷子1、分布參見(jiàn) 1.2.52、圓柱如圖 1-2 (a)。參數(shù)定義如下：直經(jīng)圓柱直徑。3、錐體/錐臺(tái)如圖 1-2 (b)。參數(shù)定義如下：4、半球/半橢球如圖 1-2 (c)。參數(shù)定義如下：5、長(zhǎng)

10、方體如圖 1-2 (d)。參數(shù)定義如下：6、半圓柱如圖 1-2 (e)。參數(shù)定義如下：7、棱錐體/棱錐臺(tái)四棱錐體/棱臺(tái)刷子， 如圖 1-2 (f)。參數(shù)定義如下：邊長(zhǎng)底邊長(zhǎng)。直經(jīng)圓柱直徑。長(zhǎng)度半圓柱長(zhǎng)度。高度刷子實(shí)際高度。長(zhǎng)度X 方向尺寸。寬度Y 方向尺寸。高度刷子高度。直經(jīng)X 方向直徑。直徑Y(jié) 方向直徑。高度刷子高度。直經(jīng)錐底直徑。錐高錐高。刷子實(shí)際高度。直徑無(wú)效。高度圓柱高度。8、半圓環(huán)如圖 1-2 (g)。參數(shù)定義如下：9、自定義利用特征工具或藝術(shù)曲面中保存特征命令保存的擴(kuò)展名為“bru”的文件。參數(shù)定義如下：10、圖象自定義的圖象刷子，如圖 1-3。紋理庫(kù)中所有圖象都可以當(dāng)做刷子，體素

11、，紋理單元使用。參數(shù)定義如下：圖 1-3 圖象刷子X(jué) 尺寸X 方向尺寸。Y 尺寸Y 方向尺寸。高度刷子高度。X 尺寸X 方向尺寸。Y 尺寸Y 方向尺寸。高度刷子高度。大直經(jīng)圓環(huán)大直徑。小直徑圓環(huán)小直徑。高度刷子實(shí)際高度。錐高錐高。刷子實(shí)際高度。1.2.7分布分布是堆/去料時(shí)最常用的一種刷子。分布是一 XY 向等價(jià)的類似奶嘴的一指數(shù)函數(shù)，它共有三個(gè)定義參數(shù)，：圖 1-5分布刷子衰減直徑/直徑 =衰減直徑/直徑 =6/12，12/12， 18/12， 24/12 高度= 5mm6/12，12/12， 18/12， 24/12 高度= 1mm分布是把神奇的刷子，調(diào)整半衰直徑相對(duì)其直徑的比值，可以實(shí)現(xiàn)

12、不同的效果。堆去料大面起鼓時(shí)，可把半衰直徑設(shè)為與直徑相等或直徑的 150%,這樣可保證堆去料的區(qū)域比較光滑。構(gòu)造比較細(xì)小的特征時(shí)，可把半衰直徑設(shè)為直徑的 25%左右。構(gòu)造特別細(xì)小的特征時(shí)，刷子下直徑調(diào)得很小，可保留刷子直徑較大，而把半衰直徑設(shè)為最小值 0.01mm，這樣就能構(gòu)造出精細(xì)的特征。會(huì)不會(huì)依照不同的要求調(diào)整半衰直徑，是虛擬雕塑是否入門的標(biāo)志之一。1.2.8保低設(shè)計(jì)模型前，一般對(duì)模型的高度有一個(gè)估計(jì)。比如說(shuō)將要設(shè)計(jì)的模型高度不超過(guò) 15 mm，這時(shí)可設(shè)其 值為 15mm，保低值為 0mm。這樣修改模型時(shí)，一旦高度超過(guò) 15mm，系統(tǒng)自動(dòng)裁去超過(guò)部分，該部位將出現(xiàn)一 15mm 高的平頂，反

13、之當(dāng)某處的高度值低于 0mm 時(shí)，系統(tǒng)自動(dòng)裁去低于 0mm 的部分，該部位將出現(xiàn)一 0mm 的平底。在命令操作過(guò)程中，可隨時(shí)重新設(shè)定定的高度層次上。保低值，這樣可把該命令對(duì)模型的改變限定在一特1.2.9顏色模板修改模型時(shí)，為了只改變特定區(qū)域，可把該區(qū)域涂上顏色，然后利用顏色模板功能達(dá)到操作只影響特定區(qū)域的目的。只有當(dāng)前顏色可以充當(dāng)顏色模板，如果顏色模板中的顏色不是當(dāng)前顏色，可用當(dāng)前顏色命令把其顏色置為當(dāng)前顏色。圖 1-6 顏色模板1.2.10高度模式大部分操作都是對(duì)模型中頂點(diǎn)的高度的修改， 即高度的升高及降低， 高度模式可以限定操作時(shí)只升高或只降低刷子范圍中的頂點(diǎn)。比如磨光時(shí)，正常操作是高點(diǎn)降

14、低，低點(diǎn)升高，有時(shí)為了達(dá)到特殊的效果，可選用僅補(bǔ)低或僅去高選項(xiàng)。圖 1-7 中為了去掉圓形溝，而不降低周圍頂點(diǎn)的高度，可使用磨光命令的僅補(bǔ)低選項(xiàng)。圖 1-7 高度模式1.2.11拼合方式虛擬雕塑許多命令都用到拼合方式選項(xiàng)，有關(guān)拼合方式的詳細(xì)介紹請(qǐng)參考藝術(shù)曲面部分。去低高點(diǎn)降低，低點(diǎn)升高。僅補(bǔ)低僅補(bǔ)低，不去高。僅去高僅去高，不補(bǔ)低。顏色無(wú)效修改模型時(shí)，不考慮顏色模板的影響。顏色內(nèi)僅修改顏色模板內(nèi)的曲面頂點(diǎn)。顏色外僅修改顏色模板外的曲面頂點(diǎn)。圖 1-8 拼合方式1.3功能鍵定義虛擬雕塑功能鍵定義如下：“1”：刷子直徑設(shè)為 4mm，半衰直徑(若為 “2”：刷子直徑設(shè)為 20mm，半衰直徑(若為 “Q”：刷子高度/力度減少 5%?！癢”：刷子高度/力度增加 5%。分布)設(shè)為 1mm。分布)設(shè)為 30mm?！癝”：刷子直徑(X 方向尺寸)及半衰直徑(Y 方向尺寸)縮小 5%。 “A”：刷子直徑(X 方