STL模型自动镂空的算法与应用

如何制作线框镂空3D模型,并用于3D打印如何制作线框镂空模型【效果展示】首先我们来看下效果。

如下图，由Bunny模型得到它的线框镂空模型。

这种镂空是不是也很美？图1 线框效果展示接下来我就来教大家怎么由一般的模型得到这种线框镂空模型。

【需要的工具】Meshmixer/ZBrush（二选一），3ds Max，测试模型Bunny.obj。

Meshmixer（提取密码：tk5w）是一款Autodesk开发的三维模型设计软件，主要用于修改、拼接模型，还可以对模型进行结构分析，添加支撑以备打印。

3ds Max（提取密码：t1rn）这款大名鼎鼎的CG 建模软件相信大家都知道吧。

它是Discreet公司开发的（后被Autodesk公司合并）基于PC系统的三维动画渲染和制作软件，广泛应用于广告、影视、工业设计、建筑设计、三维动画、多媒体制作、游戏等领域。

【制作思路】用过3ds Max的朋友应该都知道晶格（Lattice）这个修改器。

对，它就是将一个模型变成线框模型。

我们本次教程中主要也是使用这个修改器。

但是，如果提供的模型面数很多，布线很密集怎么办？这种情况下，我们就要进行预处理操作——简化模型。

我们可以用Meshmixer或者ZBrush的减面插件（Decimation Master）来实现这个目的。

相对来说，ZBrush的表现更加优秀一些。

【操作演示】我们以Meshmixer作为本次操作示范的工具。

Step 1：Meshmixer导入Bunny模型双击打开Meshmixer，该软件系统自带了Bunny模型，点击快速导航区的兔子图标即可导入。

鼠标右键旋转视图，滚动鼠标滚轮缩放视图，点击鼠标滚轮平移视图。

图2 Meshmixer导入模型Step 2：全选整个区域导入兔子模型之后，点击左边工具栏的【Select】（选择）工具，按下Ctrl+A 全选所有的面。

材质应用详解Opacity(镂空)如何创建与控制材质的基本方法可能很多人都会，但对很多有特殊纹理(花纹)与功能要求的材质，制作起来需要很专业的知识，仅靠自己摸索则难以很快掌握。

下面介绍一些典型材质的制作方法，使我们能较快地了解部分材质命令的功能，制作出专业的材质效果。

在我们制作三维模型时，常常会遇到这样一种情况:在一些特殊场合，某些部件的平面形状很复杂，但对其深度方面没有严格要求，或者在第三维方向上不需要非常精确。

对这种对象，如果按照常规的方法，通过用曲线描述它的平面形状来生成三维模型，其过程非常麻烦，要耗费很多的时间和精力，效果也不一定理想;另外，当对这种对象有阵列要求时，会产生很多的构成面，使计算速度大大降低，如铁花栏杆的制作就存在这类问题。

镂空材质是用来解决这类问题的有效方法，它的原理是:利用Opacity贴图通道的特性，根据贴图区域的灰度值，决定三维模型哪些区域是可视的(白色)，哪些区域是透明的(黑色)，从视觉上虚拟出镂空的三维物体，避免了复杂的三维模型的制作过程。

Opacity贴图通道中所利用的是贴图的灰度信息，所以，镂空材质的制作首先要对作为镂空信息来源的贴图进行处理，使它的灰度分布和程度符合镂空的要求。

对位图可以利用Photoshop进行处理，很容易实现这一点。

如下图为处理前后的位图。

实例制作:镂空材质的应用—配景树模型的制作。

(先把上述树图片修改并存放在设定的文件夹中备用。

)1.用创建三维立方体命令Box，在Front视图中画出一薄长方体，形状如树的图片比例。

(因为三维模型是由镂空虚拟产生，只会在表面产生视觉效果，在侧面(厚度方向)不会有结构面遮档，所以，一般以薄长方体为原型，使前后面靠近，减弱侧面的视觉缺陷。

)2.点击主工具行的材质编辑器(Material Editor)按钮。

打开Maps卷展栏，单击Map下的Opacity通道按钮。

在出现的材质浏览窗口中，选择贴图素材为Bilmap(位图)类型。

stl模型镂空名词解释模型镂空又称镂空结构、镂空、模型构件、结构建模等。

它是基于已有的结构数据进行建模而制作的一种模型。

与镂空结构相比，其具有较低的总成本和较低的质量要求，但与传统结构相比也有明显的优势。

由于其简化的结构模型和简单的制作方法将结构部件进行镂空以简化结构设计过程（即“CASH”),因此在设计中的应用更加广泛（尤其是新模型的应用）。

在实际的模型制作中（如: CASH)中常常使用以下这些名词：BFD:建模过程中对结构部件进行模拟并将其定位在模型上后方可进行模型制作的过程。

一、在三维建模过程中，需要计算出结构部件的位置关系和结构参数，然后对这些参数进行加工，这样才能得到三维模型。

同时在三维模型制作过程中，需要将这些值计算出来，然后才能进行模型后续的加工。

这样经过一系列的步骤后才能得到一个完整的结构模型。

其中最重要的是要建立一个坐标系，在三维建模过程中计算出它的几何参数和位置关系并将其应用到加工中，使结构部件能够准确地定位到该坐标系中不同位置。

由于结构参数与所要加工的尺寸有很大的关系，因此需要对结构参数进行计算，并在加工过程中按照需要设置。

比如：为了保证在建模时获得一个尺寸非常精确的三维模型，必须设置几何参数值和所要机床号以及坐标系中尺寸为准。

通过这种方式计算出三维模型坐标系。

二、在建模过程中，还需要计算出结构部件的曲面坐标，以实现构件精确的定位。

以常用的三维坐标计算软件为例：BFD常用的三维坐标计算软件有: HTML、 DESIGN等。

BFD 在实际处理中可能存在两种情况：一种是在实体生成中计算出模型尺寸。

另一种是在实体生成或修改时可以用 BFD进行模拟。

BFD不仅可以用于实体的生成，还可以用于虚拟实体（如零件）的建立。

三、在 FDL/DFD软件中，可通过对结构部件进行定位的方式来实现构件精确位置的计算。

该方法是通过建立多个构件的几何模型（如：直线或圆弧等）并将每一个构件以不同的方式连接起来，然后再将其转化为对应于所构建的几何件（如：圆弧、三角形等）并将其转化为对应于该几何件之上位置的几何部件。

阿巴赛教您制作艺术镂空模型我们先来欣赏一组很有艺术感的镂空模型。

这样的模型既很美观，又很节省材料。

图1 镂空模型现在阿巴赛就来教大家怎么由一个模型得到这种镂空的效果（如图2）。

图2 镂空效果展示需要的工具原料：MeshLab软件、ZBrush软件、Cura软件、测试模型Cat.obj。

讲解之前我们先简单地介绍一下这次制作过程中使用到的几个软件。

MeshLab（提取密码：nsnt ）是个开源免费的3D网格处理软件，它主要用于编辑修复模型，具有简化、细分、光滑、采样、清理、重建等功能。

感兴趣的朋友们可以在这里看到最详细介绍。

ZBrush（提取密码：nghq ）是一款高精度笔刷式雕刻软件，建模过程就像玩橡皮泥一样，利用拉，捏，推，扭等操作来对几何进行编辑，生成任意的高度复杂和丰富的几何细节（如怪兽的复杂表面细节）。

详细介绍请点击这里。

Cura是一款3D打印的切片软件，主要功能是对模型进行切片处理，最后生成3D打印机能识别的gcode格式直接进行打印。

阿巴赛提供了Cura的简体中文版下载，需要的朋友请自行下载。

接下来我们一步一步地教大家如何制作这种漂亮的镂空效果，图文并茂哦。

【Step 1】：MeshLab导入模型双击打开MeshLab软件，点击菜单栏【File】-【Import Mesh】导入准备好的模型cat.obj。

导入之后，单击拖拽鼠标左键旋转视图，滚动鼠标滚轮缩放视图，单击拖拽鼠标滚轮平移视图。

图3 MeshLab导入模型【Step 2】：细分模型在界面下方的状态栏，可以看到该模型的点数和面数。

为了让模型有更好的镂空效果，我们先对模型进行细分。

点击菜单栏【Filters】-【Remeshing，Simplification and Reconstruction】-【Subdicision Surfaces：Loop】，弹出参数设置对话框。

我们将迭代次数（Iterations）改为1，点击应用（Apply）；再将边的阈值（Edge Threshold）变小为原来的一般，再点击应用（Apply）；重复操作直到点数达到一二十万左右。