三维形状设计.pptxVIP

演讲人：

日期:

三维形状设计

CATALOGUE

目录

01

基础概念

02

设计原则

03

建模技术

04

软件工具

05

视觉表现

06

评估与优化

01

基础概念

三维形状定义与分类

几何体与有机形状

实体与表面模型

参数化与非参数化模型

三维形状可分为规则几何体（如立方体、球体、圆柱体）和有机形状（如生物形态或自由曲面），前者基于数学定义，后者更依赖自然或艺术化设计。

参数化模型通过数学方程控制形状（如NURBS曲面），非参数化模型则依赖顶点网格（如多边形建模），两者在精度与灵活性上各有优劣。

实体模型具有体积属性（如CAD中的布尔运算对象），表面模型仅描述外形（如3D打印的壳体结构），选择取决于应用对内部结构的依赖程度。

核心几何属性

拓扑与几何数据

拓扑描述形状的连接关系（如边、面结构），几何数据定义空间坐标，两者共同决定模型的数学完整性与可编辑性。

曲率与连续性

曲率影响表面的平滑度（如G0位置连续与G2曲率连续），连续性标准在工业设计中尤为重要，如汽车外观的A级曲面要求。

体积与密度分析

通过计算形状的体积、质心及惯性矩等属性，可优化结构设计（如航空航天部件的轻量化）。

应用场景概述

工业设计与制造

建筑与空间规划

影视与游戏开发

医疗与生物工程

三维形状用于产品原型开发（如家电外壳）、模具设计，需兼顾美学与生产可行性（如注塑件的脱模角度）。

从建筑外观到室内布局，三维模型辅助结构计算（如荷载模拟）和可视化呈现（如BIM系统集成）。

角色、场景建模依赖高精度网格与纹理映射，实时渲染需优化多边形数量以平衡性能与视觉效果。

定制化三维模型（如假肢、牙科植入体）通过扫描数据重建，匹配患者解剖结构并支持3D打印生产。

02

设计原则

比例与对称性

黄金分割比例的应用

在三维形状设计中，黄金分割比例（1:1.618）被广泛用于优化视觉平衡，例如在建筑模型、产品造型中，通过比例划分增强整体和谐感。

动态对称性设计

通过非传统对称轴或旋转对称结构，打破静态对称的单调性，赋予三维形状动感与活力，适用于现代雕塑或工业设计领域。

模块化比例系统

采用标准化比例单元（如斐波那契数列）构建复杂三维结构，确保局部与整体的协调性，常见于家具设计和机械组件开发。

人机工程学优先

对高复杂度功能部件（如电子设备外壳）进行视觉简化，通过隐藏接口、平滑过渡线条等方式降低视觉干扰，提升用户友好度。

视觉减负设计

多场景适应性测试

通过虚拟仿真评估三维形状在不同光照、视角下的美学表现，同时验证其物理性能（如承重、流体力学特性），确保双重达标。

在功能性三维形状（如手持工具）中，优先满足人体工学需求，再通过曲面优化和材质选择提升美观性，实现实用与艺术的统一。

功能性与美观平衡

创新设计方法论

跨学科协作流程

整合工程学、材料科学和艺术设计等多领域知识，通过迭代原型和用户反馈循环优化三维形状，确保创新性与可行性并存。

生物仿生学应用

从自然生物（如蜂巢、骨骼）中提取轻量化、高强度的结构逻辑，转化为三维形状设计语言，应用于航空航天或医疗设备领域。

参数化生成设计

利用算法输入变量（如应力分布、空间约束）自动生成三维形状拓扑结构，大幅提升设计效率并探索传统手段无法实现的形态。

03

建模技术

多边形建模基础

顶点、边与面的拓扑结构

多边形建模的核心是通过控制顶点、边和面的连接关系构建模型，需掌握环切、倒角、细分等操作以优化网格密度与平滑度。

低多边形与高多边形策略

法线与UV展开

低模适用于实时渲染（如游戏），需精简面数；高模用于影视级细节，需通过雕刻或细分曲面技术增强表面精度。

正确生成法线确保光照效果真实，UV展开则影响贴图映射效率，需避免拉伸和重叠以提升材质表现力。

1

2

3

参数化设计流程

变量驱动建模

通过定义参数（如尺寸、角度）关联模型属性，修改单一变量即可自动调整整体结构，适用于标准化产品设计。

约束与关系管理

设定几何约束（平行、相切）确保模型符合工程规范，动态关联功能可同步更新多组件依赖关系。

节点式编程逻辑

使用可视化节点系统（如Grasshopper）构建算法，实现复杂形态的生成与迭代，支持非线性设计探索。

曲面与实体建模

NURBS曲面精度控制

非均匀有理B样条（NURBS）通过控制点和权重定义光滑曲面，适用于工业设计中的高精度表面（如汽车钣金）。

布尔运算与体积组合

实体建模依赖布尔运算（并集、差集）组合基本几何体，需注意拓扑清理以避免破面或计算错误。

混合建模技术

结合曲面与多边形优势，如用曲面生成主体后转换为网格细化细节，兼顾效率与有机形态表现。

04

软件工具

主流建模软件介绍

AutodeskMaya

Blender

ZBrush

SolidWorks

广泛应用于影视、游戏和动画行业，提供强大的多边形建模、NURBS建