基于3DS MAX的3D打印模型应用研究

刘小晶

（漳州职业技术学院，福建 漳州 363000）

基于3DS MAX的3D打印模型应用研究

刘小晶

（漳州职业技术学院，福建 漳州 363000）

3DS MAX在三维模型构建方面有方便快速、灵活多样、简易适用的建模特点，其强大的编辑和修改功能，能够对CAD 二维图形构造三维立体模型，并且能深化和应用三维模型。分析了3DS MAX软件的建模技术应用特点，用3DS MAX编辑和修改应用三维模型，为3D打印机提供STL打印文件。

建模 ；二维图形 ； 三维模型

1　3DS MAX应用特点

一句评价3DS MAX软件的精典话是：“只有想不出来，没有做不出来”。这句话确实说出了该软件有很强大的三维建模及动画功能，并且有广泛的适用性。3DS MAX软件主要用来制作动画及效果图，并且可以制作三维模型的打印文件。在三维建模方面，3DS MAX软件有非常突出的特点，有些功能应用效果明显。

1.1导入CAD的DWG文件设计图纸或导入PHOTOSHOP导出的AI文件，为机械零件和建筑类模型及非标准物体精准建模。

1.2丰富的几何、图形、AEC对象及其它的模型库，为简易模型提供快速建模。

1.3很强的编辑功能，为艺术类非标准模型灵活建模。

1.4多功能的修改器，为所需要的模型提供多样建模。

1.5多边形的网状编辑和NURBS曲面编辑为模型表面提供较强的编辑功能。

1.6导出STL文件，为3D打印机提供三维模型。

2　3DS MAX建模操作

逆向工程是对没有设计图纸的模型，利用测量技术，形成模型设计图纸，并转化为三维模型，提供给3D打印，加工复制出一个相同的模型。模型重构是逆向工程最重要、最繁杂的一环。它是将CAD二维图纸转换成可供3D打印的三维STL文件。目前主流的CAD／CAM软件系统有CATIA、UG、IDEAS、Pro／E和SolidWorks等。这些软件有一些局限性，比如在普及性、快速性、简易性方面，以及对建筑效果图及艺术类非标准模型重构的难度较大。因此，应用3DS MAX软件可以帮助我们构建这类模型。

2.1建模准备

2.1.1单位设置

CAD 和3DS MAX使用的单位需要统一。通过自定义菜单，选择单位设置，显示单位比例为公制的毫米，系统单位比例为毫米。单位设置为公制的毫米后，3DS MAX 最小单位可达到1微米。模型可通过选择并移动工具上的右键或状态栏的坐标位置，定位在坐标中心或所需要的空间位置。

2.1.2图纸处理

CAD 图纸导入后，3DS MAX 视图区的正交视图，样条线是有效的，符合机械制图中的“长对正，高平齐，宽相等”原则，也符合建筑效果图原则。但需要除去或隐藏一些不必要的线段或标注，以免造成混乱。导入的CAD 图纸是二维平面的，可在相应的视图区，用旋转工具把图纸竖立起来，形成前视图、左视图和顶视图。还可以形成后视图、右视图和底视图。

2.1.3工具使用

最常用的是挤出工具，只要有厚度的模型都可以使用。标准模型重构时，常常采用挤出。在对图形挤出时，最外层图形和第二层图形形成一个挤出面，第三和第四层图形形成挤出面，以此类推。在非标准模型创建时，图形的渲染可视及车削、倒角及倒角剖面等是必不可少的方式。

2.1.4坐标选用

制作模型移动、旋转、缩放参考坐标系尤为重要。默认的坐标系是视图坐标为世界坐标加屏幕坐标组合，还有局部、万向、拾取等坐标。坐标中心有对象的坐标中心、选择集中心、坐标原点中心。坐标方向主要是配合移动、旋转、缩放使用，呈现黄色就是使用方向，在不同的视图区可选择单个坐标方向、两个坐标方向及三个坐标方向的变换。模型的尺寸可心通过键盘输入精确坐标定位。

2.2建模编辑

2.2.1可编辑样条线

在二维图形转换为三维模型时，首先要运用样条线。可编辑样条线编辑对象包含了顶点、线段、样条线3种子对象模式。在不同的子对象层级，选择相应的卷展栏，可以得到不同的效果。如在进行二维布尔运算前必须“附加”；在样条线层级修剪后，可回到顶点层级多点焊接；在插值卷展栏中勾选自适应可以使样条线更平滑；在渲染卷展栏中勾选在渲染启用和视口启用，可以方便得到圆形或矩形的三维模型。

2.2.2可编辑多边形

可编辑多边形编辑对象包含了顶点、边、边界、元素、多边形面5种子对象模式。多边形编辑对象不仅可以是三角形面和四边形面，而且可以是具有任何多个节点的多边形面。多边形建模完全有能力把握复杂的角色结构，在创建复杂表面时，细节部分可以任意加线，在结构穿插关系很复杂的模型中就能体现出它的优势。多边形对象法线朝外的是正面，反之是背面。顶点也有法线，均匀和打散顶点法线可以控制多边形的平滑外观。角色及复杂结构模型适合用多边形编辑。

2.2.3非均匀有理B样条曲面（NURBS）编辑

编辑方法通过点、线、面的组合完成编辑。点、线、面的控制方式灵活，可以生成任意复杂的模型，在相互连接的表面里不会产生直角，形成的表面光滑NURBS。编辑首先建立模型轮廓，可以由面片物体转化或直接由NURBS曲线轮廓围成曲面。然后进入变动命令面板在次级物体层级勾画出模型细部。此编辑较适合于工业产品的多表面设计和复杂的生物模型。

2.3建模修改

2.3.1菜单修改器

包括选择、网格编辑、参数化变形器等。修改器可以应用场景中一个或多个对象，根据参数的设置来修改对象。同一对象可以应用多个修改器。其中常用的有挤出、车削、自由变形、细分曲面、弯曲、晶格等修改器。这些修改器主要是对模型外形及结构进行修改，达到设计所需要的模型。

2.3.2面板修改器

在命令面板的修改图标中单击，从下拉列表中可以找到所需要的修改器，包括世界空间修改器和对象空间修改器两大类。世界空间修改器不需要绑定到单独的空间扭曲，便于修改单个对象或选择集。对象空间修改器直接影响局部空间中对象的模型。在命令面板上，显示按钮区可以帮助我们设定常用修改器按钮，以方便使用。修改堆栈区中，后一个编辑修改器接收前一个修改器传递过来的参数，修改器的次序对结果产生影响。根据修改器的不同，有若干个卷展栏。卷展栏参数是修改器使用的关键，通常采用事先设计和现场调试两种方式确定参数。

2.3.3复合修改器

常用的有放样和布尔修改器。放样建模是截面图形在一段路径上形成的轨迹。路径可以是封闭的，也可以是开敞的。路径参数可以用百分率、距离和路径的步幅数控制图形多截面放样。图形步幅和路径步幅可以提高纵向光滑度和横向光滑度。五种变形方法可以进行放缩、扭转、旋转、倒角、拟和变形。布尔运算是一种数学逻辑计算方式，这种运算功能借助于两个简单对象来产生一个复杂的对象。当一个对象与多个对象运算时，多个对象附加在一起，可以一次完成运算。

3　3DS MAX建模应用

非标准模型、工艺美术作品、艺术作品，在三维建模方面有一定难度。3DS MAX有这方面独特的优势，适合这几类模型的制作应用。目前，3D打印技术发展很快，其加工成型的模型形状及材料几乎没有限制。只要给出STL文件，3D 打印就可以加工出来。本文在研究3DS MAX软件上，用3DS MAX功能，提供多个制作应用。

3.1带倒角的模型制作

“倒角”修改器将图形挤出为 3D对象并在边缘应用平或圆的倒角。此修改器的可用于创建 3D文本和徽标，而且可以应用于任意图形。在正交视图上作二维图形，使用“倒角”修改器。其主要参数为起始“轮廓”为模型长宽大小。级别1、级别2、级别3分别是两侧及中间的倒角高度和“轮廓”。高度和“轮廓”根据需要可正可负，并且勾选避免线相交。

3.2带弧形的模型制作

“弯曲”修改器允许将当前选中对象围绕单独轴弯曲 360度，在对象几何体中产生均匀弯曲。可以在任意三个轴上控制弯曲的角度和方向。也可以对几何体的一段限制弯曲。在前视图对三维模型（宽度段足够大）使用“弯曲”修改器，制作开口向下圆弧形参数是弯曲角度180度，弯曲方向90度，弯曲轴为X轴。制作开口向上圆弧形参数是弯曲角度为180度，弯角方向-90度，弯曲轴为X轴。其它弧形可以通过弯曲角度及方向制作调整。

3.3三维空间模型复制制作，可在三维空间使模型移动、旋转、缩放复制

使用“阵列”工具，制作一个沿三维方向模型位移复制：分别确定三个维度的复制的数量；一维移动距离在增量X 轴上；二维移动距离在增量行偏移Y轴上；三维移动距离在增量行偏移Z轴上。如果制作围绕圆心复制的模型，则在相应的轴上总计旋转360度，确定“阵列”一维的数量。所有的复制都采用实例类型，以便整体修改方便。

3.4模型的“拟合”制作

“拟合”是复合对象中放样操作的变形命令，是由模型的三个正交视图创建三维模型。分别是前截面、侧截面、底截面三个图形，再创建一条直线作为放样路径。沿路径先对前截面进行放样得到一个基本放样物体后，打开修改命令面板，在“变形”展卷栏中单击“拟合”按钮，打开控制窗口后首先关闭“均衡”按钮，然后分别在选择“显示X轴”和“显示Y轴”的状态下拾取底截面和侧截面，注意图形拾取进来后的方向应为水平方向，如若不符，可使用控制窗口上的旋转和镜像按钮调整方向，这样就可以创建一个比较复杂的模型。

3.5容器类模型制作

使用“倒角剖面”修改器，在顶视图上作封闭的二维图形，作为容器底部形状，在前视图上作二维图形为容器外形形状。选择顶视图图形形状，拾取前视图图形形状，呈现出底部及外容器形状。为使底部封口完整，前视图形状要有向下开口。用“倒角剖面”可制作底部及外部造型复杂的容器。

3.6网状结构三维模型制作

根据三维对象分段参数，用“晶格”做出网状框架结构。“晶格”修改器将三维模型分段转化为圆柱形结构，并在顶点上产生可选的关节多面体。使用它可基于网格拓扑创建可渲染的几何体结构，获得网状线框渲染效果。适合于建筑网状框架结构及生物网状结构中使用。

3.7不同壁厚对称旋转模型制作

对称旋转三维模型制作用“车削”修改器。当需要得到实心、空心及一定壁厚旋转模型时，可在旋转二维图形保持封闭、左侧开口、左侧开口并在“样条线编辑”的样条线子层级用“轮廓”制作双线。旋转模型可在0度至360度范围之间。

3.8带场景的平面模型制作

使用视图菜单的“视口背景”或渲染菜单的“环境贴图”制作背景。使用材质编辑器，将“漫反射贴图”指定模型为白色底图材质，“不透明贴图”指定白色模型黑色底图材质，可以得到带场景的平面模型。当模型复杂时，可用此方法简单处理，并且可以做出相应的动画。

3.9沿复杂路径复制模型

工具菜单的对齐子菜单中“间隔工具”可以沿路径复制模型，并且有“跟随”功能。间隔工具还可以沿网格复制模型：当三维模型进行“网格编辑”，在边子层级选择“从边创建图形”后，得到模型用分段建立的网格“样条线”，模型可以复制在网格“样条线”上。

3.10充分利用模型库

3DS MAX有丰富的模型库，特别是一些复杂模型可以利用，以便节省时间，提高制作效率。创建简单模型时，可以利用基本几何体、扩展几何体、楼梯门窗等，创建复杂模型时，可以利用AEC扩展的植物、面板系统的Biped骨骼、粒子系统等。其中有些模型配合相应的材质和贴图，可以得到较好的模型。

[1]黄心渊.3ds max 6标准教程[M].北京:人民邮电出版社,2004.

[2]时代印象.3ds Max 2012实用教程[M].北京:人民邮电出版社,2012.

（责任编辑：季 平）

The Application Research on 3D Printing Model Based on 3DS MAX

LIU Xiao-jing
(Zhangzhou Institute of Technology,Zhangzhou,Fujian 363000,China)

3DS MAX,with the characteristics of convenience,quickness,flexibility and easy application in the aspect of three dimension model building,has the powerful editing and modifying function which can construct,deepen and apply the three dimension model based on two dimension graphics.This article analyzes the technology application characteristics of the 3DS MAX software modeling by using 3DS MAX to edit,modify and apply 3D model,therefore,to provides STL to print document for the 3 d printer.

modeling;2D graphics;3D model

TP334

A

1673-1417（2015）01-0012-05

10.13908/j.cnki.issn1673-1417.2015.01.0003

2015-01-15

漳州职业技术学院2014年度科研课题（ZZY1419）。

刘小晶（1956-），男，黑龙江人，高级工程师。