巧借C40實(shí)現(xiàn)3D打印的“建?！?/h1>
2020-04-13 02:56:34牟曉東牟奕炫
電腦知識與技術(shù)·經(jīng)驗(yàn)技巧 2020年2期
牟曉東 牟奕炫
3D打印實(shí)現(xiàn)了計(jì)算機(jī)制作設(shè)計(jì)模型的“所見即所得”實(shí)物輸出，因此有人稱它是“目前個人最有可能應(yīng)用的數(shù)字化制作手段”?！敖！奔唇⑷S模型，它在整個3D打印過程中占據(jù)著極為重要的地位，將會直接影響到最終打印成品的顯現(xiàn)輸出效果。目前，通用的3D打印文件格式包括STL、OBJ、AMF、3MF等，“建模”的方式也比較多。
一、從3D模型網(wǎng)站上下載STL文件
如果是剛剛開始接觸3D打印，建議先從相關(guān)的3D打印模型網(wǎng)站上搜索下載一些較為常見的簡單模型進(jìn)行打印來增強(qiáng)感性認(rèn)識。目前提供3D模型免費(fèi)下載的網(wǎng)站已經(jīng)比較豐富，大家可自行百度，比如“打印啦”（http：//www.dayin.la/）、“魔猴網(wǎng)”（http：//www.mohou.com/moxingku）、“3D虎”（http：//www.3dhoo.com/model）、“打印派”（http：//www.dayinpai.com/model/list/shengren），等等（圖1）。
在模型網(wǎng)站上下載3D打印模型通常需要注冊賬號，然后根據(jù)自己的需要在相關(guān)類別中搜索查找并進(jìn)行下載。這種得到3D模型的方式非常直接且省時省力，而且可以使用相關(guān)的軟件進(jìn)行二次修改編輯，是初期學(xué)習(xí)3D打印的首選。
二、通過3D掃描來實(shí)現(xiàn)
經(jīng)過一段時間的學(xué)習(xí)，如果已經(jīng)不滿足于從網(wǎng)站上搜索下載現(xiàn)成的3D模型進(jìn)行打印，就可以嘗試將身邊一些常見的個性小物件通過非接觸式三維掃描儀進(jìn)行3D掃描。這種三維掃描可以偵測并分析現(xiàn)實(shí)世界中物體或環(huán)境的幾何構(gòu)造形狀及顏色、表面反照率等外觀數(shù)據(jù)，然后將掃描到的數(shù)據(jù)進(jìn)行三維模型的重建計(jì)算，最終在計(jì)算機(jī)中虛擬創(chuàng)建出與實(shí)際物體對應(yīng)的數(shù)字模型（圖2）。
以攝影測量3D掃描系統(tǒng)為例，它采用了多視點(diǎn)立體視覺技術(shù)來測量物體表面標(biāo)志點(diǎn)的高精度三維坐標(biāo)。然后通過編碼點(diǎn)標(biāo)定相機(jī)各個視點(diǎn)的位置和姿態(tài)，并且依據(jù)多視點(diǎn)幾何成像技術(shù)計(jì)算出標(biāo)志點(diǎn)的三維坐標(biāo)來生成高精度的三維數(shù)據(jù)，最終生成STL格式的文件。
三、使用建模軟件C4D來設(shè)計(jì)制作模型
最能體現(xiàn)3D打印創(chuàng)意建模的方式莫過于通過建模軟件來設(shè)計(jì)制作3D模型，目前相關(guān)的參數(shù)化建模軟件非常豐富，已經(jīng)有數(shù)十甚至上百種，如SketchUp、3DSMax、SolidWorks、Maya、C4D、3DOne、ZBrush、UG、Pro-E等。比較符合我們空間思維認(rèn)知習(xí)慣的建模是從最為簡單的基本幾何體開始，通過對它們的基礎(chǔ)參數(shù)修改或進(jìn)行布爾運(yùn)算，最終生成自己想要實(shí)現(xiàn)的3D模型。在此以C4DR18為例，對校園內(nèi)某處標(biāo)志建筑實(shí)體進(jìn)行建模，操作步驟如下：
1.對實(shí)體三維物體進(jìn)行簡單“拆分”分析
通過仔細(xì)觀察后不難發(fā)現(xiàn)，實(shí)體三維物體是由底座立方體和頂部的球體組成，其中立方體四個側(cè)面各有一組文字，球體周圍環(huán)繞一圈文字。立方體和球體都是C4D的基礎(chǔ)對象，文字則可以通過“運(yùn)動圖形”下的“文本”來實(shí)現(xiàn)，由于最終3D打印出的成品必須是一個整體而不能出現(xiàn)各零件分離的情況，因此該模型建立的最大難點(diǎn)是球體上的環(huán)形文字必須按照球面的弧形進(jìn)行緊密貼合。
2.建立實(shí)體模型的基礎(chǔ)體：立方體和球體
運(yùn)行C4DR18，首先點(diǎn)擊菜單欄下方的快捷菜單“立方體”，就會在空間坐標(biāo)系中生成一個邊長為200cm的立方體對象。接著再次點(diǎn)擊“立方體”選擇其中的“球體”，得到一個半徑為100cm的球體，由于也是與立方體同處于世界坐標(biāo)原點(diǎn)（0，0，0）而被立方體遮擋在內(nèi)部，需要點(diǎn)擊綠色的Y軸箭頭將它向上拉動適當(dāng)?shù)木嚯x，必須要保證二者有一定的接觸（即為一個完整的模型）。此時，可根據(jù)三維標(biāo)志實(shí)物進(jìn)行立方體邊長和球體半徑的二次調(diào)整，在各自的“對象屬性”中修改，比如根據(jù)實(shí)物比例將球體的半徑修改為150cm，同時還可以將球體的“分段”由24修改為50或更高，使其球面曲線顯得更加平滑，完成模型基礎(chǔ)體的建立（圖3）。
注意：在此操作過程中，要根據(jù)情況按住Alt鍵和鼠標(biāo)的左、右、中鍵不斷進(jìn)行模型的縮放、移動及旋轉(zhuǎn)，也要結(jié)合各視圖的不同角度切換來仔細(xì)觀察各側(cè)面是否有誤操作（比如不小心拉偏子模型的位置等），以便及時進(jìn)行調(diào)整。
3.立方體四個側(cè)面文字的建立
底座立方體四個側(cè)面的文字建立方法完全相同，只要先設(shè)計(jì)建立好一面文字信息后再進(jìn)行三次復(fù)制并調(diào)節(jié)位置、方向和修改文字內(nèi)容即可。
首先點(diǎn)擊“運(yùn)動圖形→文本”菜單，坐標(biāo)原點(diǎn)出現(xiàn)“文本”立體字，在其“對象”標(biāo)簽項(xiàng)中“文本”處將默認(rèn)生成的“文本”修改為“關(guān)愛點(diǎn)亮生命的燭光”。同時在下方的“字體”“對齊”和“高度”處分別將默認(rèn)的“微軟雅黑”“左對齊”和“200cm”修改為“華文隸書”“中對齊”和“24cm”（圖4）。另外，建議在“封頂”選項(xiàng)卡處將“頂端”和“末端”均設(shè)置為“圓角封頂”，將“步幅”和“半徑”設(shè)置為“1”和“1cm”。其他設(shè)置不需改動，最終選中該文本調(diào)節(jié)紅色的X軸數(shù)值，將其定位到立方體的一個側(cè)面上，注意二者一定要緊密結(jié)合（比如將其厚度值的一半“嵌入”到立方體）。
接下來在C4D右上方的對象區(qū)域選中“關(guān)愛點(diǎn)亮生命的燭光”并按住Ctrl鍵拖動，復(fù)制出第二個文本對象（二者是完全重合的）;點(diǎn)擊選中這個復(fù)制體，將其文本顯示信息修改為“走進(jìn)一中是主人走出一中是成功”，其他設(shè)置保持不變，只須將其空間坐標(biāo)修改：一是旋轉(zhuǎn)角度為90度，二是將X軸和Y軸的位置調(diào)節(jié)，同樣是將其“嵌入”到立方體的另一相鄰的側(cè)面（圖5）。
使用同樣的操作方法，將另外兩個側(cè)面的文本信息“奉獻(xiàn)點(diǎn)燃幸福的火炬”和“胸懷祖國放眼世界”復(fù)制并放置于合適的位置即可完成底座立方體四個側(cè)面文本信息的設(shè)置。
4.球體周圍弧形分布文字的建立
在C4D中，想要實(shí)現(xiàn)球體周圍按照弧形分布的文字效果，建議借助C4D的“包裹”變形器來完成：讓立體文字緊貼在包裹變形器上并隨之發(fā)生球狀形變。
首先仍是按住Ctrl鍵拖動上一步中已經(jīng)建立好的任意一個文本對象進(jìn)行復(fù)制，將其文字信息修改為“山東省招遠(yuǎn)第一中學(xué)”，可增加其“高度”值來適當(dāng)增加其顯示大小，同時也需要增加其“深度”值;另外需要注意的是，要在“對象”選項(xiàng)卡中將“點(diǎn)插值方式”由“自動適應(yīng)”修改為“統(tǒng)一”，在“封頂”選項(xiàng)卡中將“類型”設(shè)置為“四邊形”，勾選下方的“標(biāo)準(zhǔn)網(wǎng)格”項(xiàng)，這樣才可以為下一步的變形做好準(zhǔn)備。
接著，點(diǎn)擊快捷工具欄“扭曲”下的“包裹”變形器，將它拖放至該文本對象下，邊觀察預(yù)覽窗口的顯示狀態(tài)邊修改調(diào)整相關(guān)的參數(shù)。在“包裹”的“對象”選項(xiàng)卡將“包裹”由默認(rèn)的“柱狀”修改為“球狀”，將“寬度”和“半徑”作相應(yīng)的調(diào)節(jié)，直到將該文本對象緊密地貼合至球體的表面（注意千萬不能出現(xiàn)分離的情況）。此時建議使用鼠標(biāo)中鍵切換至頂視圖中多加觀察，文本對象的厚度中分線正好“卡”在球體表面為最佳（圖6）。
5.導(dǎo)出生成STL格式文件
至此，建模操作已經(jīng)進(jìn)入尾聲，最后需要將該模型文件存儲為STL文件以便3D打印機(jī)能夠正確識別。操作方法為：點(diǎn)擊C4D的“文件→導(dǎo)出→STL”菜單命令，將其保存為School.stl文件，注意文件名不能是中文（很多3D打印機(jī)不能正確識別文件名為中文的STL文件），最后點(diǎn)擊“保存”按鈕（圖7），按照提示“縮放1倍”（點(diǎn)擊“確定”按鈕即可），這樣我們就得到了該實(shí)體標(biāo)志建筑三維模型的STL格式文件，正式完成建模操作。然后就可以再進(jìn)行模型的質(zhì)量分析修復(fù)和切片，最終到3D打印機(jī)中進(jìn)行實(shí)體打印輸出了。
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二、通過3D掃描來實(shí)現(xiàn)
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1.對實(shí)體三維物體進(jìn)行簡單“拆分”分析
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2.建立實(shí)體模型的基礎(chǔ)體：立方體和球體
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注意：在此操作過程中，要根據(jù)情況按住Alt鍵和鼠標(biāo)的左、右、中鍵不斷進(jìn)行模型的縮放、移動及旋轉(zhuǎn)，也要結(jié)合各視圖的不同角度切換來仔細(xì)觀察各側(cè)面是否有誤操作（比如不小心拉偏子模型的位置等），以便及時進(jìn)行調(diào)整。
3.立方體四個側(cè)面文字的建立
底座立方體四個側(cè)面的文字建立方法完全相同，只要先設(shè)計(jì)建立好一面文字信息后再進(jìn)行三次復(fù)制并調(diào)節(jié)位置、方向和修改文字內(nèi)容即可。
首先點(diǎn)擊“運(yùn)動圖形→文本”菜單，坐標(biāo)原點(diǎn)出現(xiàn)“文本”立體字，在其“對象”標(biāo)簽項(xiàng)中“文本”處將默認(rèn)生成的“文本”修改為“關(guān)愛點(diǎn)亮生命的燭光”。同時在下方的“字體”“對齊”和“高度”處分別將默認(rèn)的“微軟雅黑”“左對齊”和“200cm”修改為“華文隸書”“中對齊”和“24cm”（圖4）。另外，建議在“封頂”選項(xiàng)卡處將“頂端”和“末端”均設(shè)置為“圓角封頂”，將“步幅”和“半徑”設(shè)置為“1”和“1cm”。其他設(shè)置不需改動，最終選中該文本調(diào)節(jié)紅色的X軸數(shù)值，將其定位到立方體的一個側(cè)面上，注意二者一定要緊密結(jié)合（比如將其厚度值的一半“嵌入”到立方體）。
接下來在C4D右上方的對象區(qū)域選中“關(guān)愛點(diǎn)亮生命的燭光”并按住Ctrl鍵拖動，復(fù)制出第二個文本對象（二者是完全重合的）;點(diǎn)擊選中這個復(fù)制體，將其文本顯示信息修改為“走進(jìn)一中是主人走出一中是成功”，其他設(shè)置保持不變，只須將其空間坐標(biāo)修改：一是旋轉(zhuǎn)角度為90度，二是將X軸和Y軸的位置調(diào)節(jié)，同樣是將其“嵌入”到立方體的另一相鄰的側(cè)面（圖5）。
使用同樣的操作方法，將另外兩個側(cè)面的文本信息“奉獻(xiàn)點(diǎn)燃幸福的火炬”和“胸懷祖國放眼世界”復(fù)制并放置于合適的位置即可完成底座立方體四個側(cè)面文本信息的設(shè)置。
4.球體周圍弧形分布文字的建立
在C4D中，想要實(shí)現(xiàn)球體周圍按照弧形分布的文字效果，建議借助C4D的“包裹”變形器來完成：讓立體文字緊貼在包裹變形器上并隨之發(fā)生球狀形變。
首先仍是按住Ctrl鍵拖動上一步中已經(jīng)建立好的任意一個文本對象進(jìn)行復(fù)制，將其文字信息修改為“山東省招遠(yuǎn)第一中學(xué)”，可增加其“高度”值來適當(dāng)增加其顯示大小，同時也需要增加其“深度”值;另外需要注意的是，要在“對象”選項(xiàng)卡中將“點(diǎn)插值方式”由“自動適應(yīng)”修改為“統(tǒng)一”，在“封頂”選項(xiàng)卡中將“類型”設(shè)置為“四邊形”，勾選下方的“標(biāo)準(zhǔn)網(wǎng)格”項(xiàng)，這樣才可以為下一步的變形做好準(zhǔn)備。
接著，點(diǎn)擊快捷工具欄“扭曲”下的“包裹”變形器，將它拖放至該文本對象下，邊觀察預(yù)覽窗口的顯示狀態(tài)邊修改調(diào)整相關(guān)的參數(shù)。在“包裹”的“對象”選項(xiàng)卡將“包裹”由默認(rèn)的“柱狀”修改為“球狀”，將“寬度”和“半徑”作相應(yīng)的調(diào)節(jié)，直到將該文本對象緊密地貼合至球體的表面（注意千萬不能出現(xiàn)分離的情況）。此時建議使用鼠標(biāo)中鍵切換至頂視圖中多加觀察，文本對象的厚度中分線正好“卡”在球體表面為最佳（圖6）。
5.導(dǎo)出生成STL格式文件
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