全面简单了解3d建模软件

魔猴君  知识堂   2627天前

常常有同学问魔猴君，3D建模软件有哪些，答案比较复杂，建模软件的种类比较多，如果展开，可以写一本书。在这里，魔猴君做一个简单的总结，主要从对定性的角度来综述一下3D建模软件，不涉及深入的讨论和教学，给对3D建模还没有还没有什么了解，马上要选3D建模软件来学习的朋友们一点点的启迪，好了，废话不多说，接下来，还是满满的干货：

一. 专业3D建模软件 Professional Software

专业3D建模软件一般是指应用到某个专业领域，一般也都是收费的，当然功能也是比较强大的。

1.       3DS Max

美国Autodesk公司的3D Studio Max（前身是Discreet公司的，后被Autodesk收购）是基于PC系统的三维建模、动画、渲染的制作软件，为用户群最为广泛的3D建模软件之一。常用于建筑模型、工业模型、室内设计等行业。因为其广泛性，它的插件也很多，有些很强大，基本上都能满足一般的3D建模的需求。在魔猴网，我们也需要经常用到3DS Max来构建模型。网上关于3DS Max的教程和学习视频非常多，使用者众多。

2.       Maya

Maya也是Autodesk公司出品的世界顶级的3D软件，它集成了早年的两个3D软件Alias和Wavefront。相比于3DS Max，Maya的专业性更强，功能非常强大，渲染真实感极强，是电影级别的高端制作软件。在工业界，应用Maya的多是从事影视广告，角色动画，电影特技等行业。

3.       Softimage

Softimage曾经是加拿大Avid公司旗下的专业的3D动画设计软件，后被Autodesk收购。它在影视动画方面，特别是角色功能非常强大。许多电影，比如《泰坦尼克号》、《失落的世界》、《第五元素》等，都曾使用Softimage来制作大量的惊人的视觉效果

4.       LightWave

LightWave是美国NewTek公司开发的一款3D动画制作软件，也是3D领域的资深软件。它的功能非常强大，特别是在生物建模和角色动画方面功能异常强大，广泛应用在电影、电视、游戏、网页、广告、印刷、动画等各领域。在电影《泰坦尼克号》中细致逼真的船体模型及其他众多游戏的场景和动画都曾使用LightWave来制作的。

5.       Rhino（犀牛）

Rhino是美国Robert McNeel公司开发的专业3D造型软件，它对机器配置要求很低，安装文件才几十兆，但“麻雀虽小，五脏俱全”，其设计和创建3D模型的能力是非常强大的，特别是在创建NURBS曲线曲面方面功能强大，也得到很多建模专业人士的喜爱，成为现在最流行的建模软件之一，特别是 对于3D打印参数化建模，与Grasshopper联用。

6.       Cinema 4D

Cinema 4D (C4D)是德国Maxon公司的3D创作软件，在苹果机上用得比较多，特别是在欧美日为最受欢迎的三维动画制作工具。2009-2010年我在美国哈佛大学访问期间，经常看到学生用C4D在进行3D建模和动画的设计。

从上述介绍可知，美国Autodesk公司当之无愧是当今3D建模和动画的“老大”，拥有3DS Max、Maya和Softimage等3D建模和动画专业软件。3DS Max和Maya在3D建模方面各有特色，前者更为大众化些，相对容易掌握些，后者在专业级的行业应用更为广泛，特别在制作动画和高质量渲染方面强于前者，包括建模，渲染和动画制作。Softimage和LightWave在3D动画方面表现强大。Rhino对NURBS曲面的支持更好。

二、   CAD等工业建模软件

1.       AutoCAD

AutoCAD (Auto Computer-Aided Design)是美国Autodesk公司出品的自动计算机辅助设计(CAD)软件，用于二维绘图、文档规划和三维设计。适用于制作平面布置图、地材图、水电图、节点图及大样图等。广泛应用于土木建筑、装饰装潢、城市规划、园林设计、电子电路、机械设计、航空航天、轻工化工等诸多领域。大家租房时看的房型图大部分都是用AutoCAD来做的。

2.       CATIA

Catia由法国Dassault Systems公司开发的CAD/CAE/CAM一体化的三维软件，支持产品开发的整个过程，从概念(CAID)，到设计(CAD)，到分析(CAE)，到制造(CAM)的完整流程。可帮助制造厂商设计未来的产品，并支持从项目前阶段、具体的设计、分析、模拟、组装到维护在内的全部工业设计流程，在机械行业，航空航天、汽车工业、造船工业等应用广泛。其实体造型和曲面设计的功能非常强大。我读博期间曾接触过Catia，在它上面写过一个NURBS曲面转换的插件程序。

3.       SolidWorks

SolidWorks是世界上第一个基于Windows开发的三维CAD系统，后被法国Dassault Systems公司(开发Catia的公司)所收购。相对于其他同类产品，SolidWorks操作简单方便、易学易用，国内外的很多教育机构（大学）都把SolidWorks列为制造专业的必修课。

4.       UG NX

UG NX由美国Unigraphics Solutions (UGS)公司开发的CAD/CAE/CAM一体化的三维软件，后被德国西门子公司收购。广泛用于通用机械，航空航天、汽车工业、医疗器械等领域。

5.       Pro-E

Pro/Engineer是美国PTC公司(Parametric Technology Corporation)旗下的CAD/CAM/CAE一体化的三维软件。在参数化设计，基于特征的建模方法具有独特的功能，在模具设计与制造方面功能强大，机械行业用的比较多。

除了上述所介绍的CAD/CAE /CAM系统软件（它们各有特色，在市场中都占有一定的份额）外，还有其他一些同类产品，比如法国Missler公司的Topsolid和以色列Cimatron公司的Cimatron。一般在机械设计与产品研发相关的行业中才会接触到这些软件，专业性比较强，在网上很容易能找到它们的相关资料。

三、 3D雕刻建模软件：笔刷式高精度建模软件

3D雕刻建模软件(Sculpturing modeling)，也称为笔刷式高精度建模软件，顾名思义，就是像艺术家那样用不同的“笔刷”工具在模型表面上进行“雕刻”的自由创作。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）。这些工具的出现颠覆了过去传统三维设计工具的工作模式，解放了艺术家们的双手和思维，告别过去那种依靠鼠标和参数来笨拙创作的模式，完全尊重设计师的创作灵感和传统工作习惯。这些软件也往往需要用户有一定的美术、雕刻功底；

1.       ZBrush

美国Pixologic公司开发的ZBrush软件是世界上第一个让艺术家感到无约束自由创作的3D设计工具。 ZBrush 能够雕刻高达 10 亿多边形的模型，所以说限制只取决于的艺术家自身的想象力。

2.       MudBox

MudBox是Autodesk公司的3D雕刻建模软件，它和ZBrush相比各有千秋。在某些人看来，MudBox的功能甚至超过了ZBrush，可谓ZBrush的超级杀手。

3.       MeshMixer

最近，Autodesk公司又开发出一款笔刷式3D建模工具MeshMixer，它能让用户通过笔刷式的交互来融合现有的模型来创建3D模型（似乎是类似与Poisson融合或Laplacian融合的技术），比如类似“牛头马面”的混合3D模型。值得注意的是，最新版本的MeshMixer还添加3D打印支撑优化新算法。

4.       其他

其他还有一些同类的3D雕刻建模软件，比如3DCoat，Sculptris，Modo等。这里就不再详细介绍了。

在工业界，人们更偏向于使用四边形网格(quad mesh)，而不是三角网格，一个很重要的原因就是这些雕刻建模工具善于在四边形网格上进行细节的生成和编辑，因为四边形网格的边更能反应物体表面的流线方向(edge flow)。

虽然这些笔刷式建模工具上手容易，给了用户便利的方式进行3D细节建模，但是，要想真正构建一个细节复杂和逼真的3D模型还是不容易的，除了用户需要熟练掌握软件的各种工具及雕刻技巧外，还需要用户具有较好的艺术和绘画功底。

四、基于草图的3D建模软件

Google的SketchUp（在国内我们也称为“草图大师”）。SketchUp是一套面向普通用户的易于使用的3D建模软件，主要用于建筑、家具。使用SketchUp，创建3D模型就像我们使用铅笔在图纸上作图一般，软件能自动识别你画的这些线条，加以自动捕捉。它的建模流程简单明了，就是画线成面，而后拉伸成体，这也是建筑或室内场景建模最常用的方法。SketchUp还可以将你自己的制作成果发布到Google Earth上和其他人共享，或者是提交到Google的3D Warehouse（Google的3D模型库）。当然你也能从Warehouse那儿得到想要的素材，以此作为创作的基础。很有趣的是，在2012年Google公司的SketchUp被美国Trimble公司收购了。去年出了个Trimble SketchUp 2013，网评似乎不太好。不知其是否能继续免费。

基于笔划或草图的交互方式由于其符合人类原有日常生活中的思考习惯，交互方式直观简单（就像在图纸上画画一样来构建3D模型），是最近十多年来计算机图形学中研究的热点建模方法之一。基于草图的交互方式与现在正在兴起的Web3D建模相结合，会有新的广阔空间。也请大家持续关注魔猴网，魔猴也将为大家带来新的简单易用的在线3D建模工具。

五、基于照片的3D建模软件

从物体的照片来进行3D模型的构建，是计算机图形学和计算机视觉的一大研究方向，称为基于图像的几何建模(Image based modeling)。这种技术已逐渐成熟且走向实用阶段，目前，市场上有软件能够让用户拿着普通相机或者手机对着要建模的实物从不同视角拍摄若干照片，然后软件就能根据这些照片自动地生成相应的3D模型。这种基于图片的建模技术提供给了非专业建模人士来构建3D模型的工具。

1.       Autodesk 123D

Autodesk公司最近发布了一套平民级的建模软件Autodesk 123D，用户不需复杂的专业知识，只要为物体从不同的视角拍摄几张照片，该软件就能自动地为其生成3D模型，而且软件是完全免费的。

(1)    Autodesk 123D Design 是一款免费的3D CAD 工具，用户可以使用一些简单的图形来设计、创建、编辑三维模型，或者在一个已有的模型上进行修改。

(2)    Autodesk 123D Catch是建模软件的重点，用户使用相机或手机来从不同角度拍摄物体、人物或场景，然后上传到云，然后该软件利用云计算的强大计算能力，可将数码照片中几分钟的时间内转换为3D模型，而且还自动带上纹理信息。我们试用过几次，感觉它的使用还是很方便的。但是其生成的3D几何的细节不多，主要是通过纹理信息来表现真实感的。有时软件也会失败，生成的几何是不正确的。

(3)    Autodesk 123D Make是将3D模型转换为2D的切割图案，用户可利用硬纸板、木料、金属或塑料等低成本材料将这些图案迅速拼装成实物，从而再现原来的数字化模型。这让用户能够“制造”出所造的3D模型，有点像3D打印的雏形。

(4)    Autodesk 123D Sculpt是一款运行在iPad上的3D雕刻软件，通过绘画的方式在模型上雕刻几何细节。

2.       3DSOM Pro

3DSOM Pro是一款从高质量的照片来生成3D建模的软件，它可以通过一个真实物体的照片来进行3D建模，并且制作的模型可以在网络上以交互的方式呈现。

3.       PhotoSynth

微软开发了一款产品PhotoSynth，可将大量的照片做3D处理，但是它不是真正创建3D模型，而是根据照片之间的相机参数及空间对应关系，建构一个虚拟的3D场景，使得用户能够在从不同角度和位置来查看该场景，而显示的场景图像是由给定的照片所合成的。而就在几天前，2017年2月6日，微软宣布关闭PhotoSynth服务。

从多幅不同角度拍摄的照片来重建3D物体，从技术原理上来讲是可行的，但是由于算法的一些步骤，比如图像中物体特征点的检测和匹配，相机参数的估计等，还会出现不太正确的结果，使得重建结果有时不够稳定，甚至不正确。随着技术和计算能力的不断发展，相信这些会逐步得到解决。到时，从照片来重建3D模型的技术可能是最为方便的3D建模技术了，因为人人都有手机，随时都可以拍照上传到云端来构建3D模型。如果有了大数据库的支持，从单张照片来构建3D模型也是可能的。

六、 基于扫描（逆向设计）的3D建模软件

3D扫描也是3D数据和3D建模的重要来源，特别是随着深度相机的普及及扫描仪的价格迅速下降，人们采集三维数据变得容易，从采集到的三维点云来重建三维模型的软件也越来越多。

1.       Geomagic

Geomagic (俗称“杰魔”) 包括系列软件Geomagic Studio、Geomagic Qualify和Geomagic Piano。其中Geomagic Studio是被广泛使用的逆向工程软件，具有下述所有特点：确保完美无缺的多边形和 NURBS 模型处理复杂形状或自由曲面形状时，生产效率比传统 CAD软件提高数倍；可与主要的三维扫描设备和CAD/CAM软件进行集成；能够作为一个独立的应用程序运用于快速制造，或者作为对CAD软件的补充。

2.       RapidForm

RapidForm是韩国INUS公司出品的逆向工程软件，提供了新一代运算模式，可实时将点云数据运算出无接缝的多边形曲面，使它成为 3D扫描数据的最佳化的接口，是很多3D扫描仪的OEM软件。

3.       ReconstructMe

ProFactor公司开发的ReconstructMe是一个功能强大且易于使用的三维重建软件，能够使用微软的Kinect或华硕的Xtion进行实时3D场景扫描（核心算法是Kinect Fusion），几分钟就可以完成一张全彩3D场景。ReconstructMeQt提供了一个实时三维重建利用ReconstructMe SDK（开源）的图形用户界面。

另外，法国ManCTL公司开发的Skanect为Mac平台的第一款3D 扫描软件，也支持者华硕的Xtion或者微软的Kinect进行实时3D 扫描。

4.       Artec Studio

Artec公司出品的Artec Eva, Artec Spider等手持式的结构光3D扫描仪，重量轻且易于使用，成为许多3D体验馆扫描物体的首选产品。同时，Artec公司还开发了一款软件Artec Studio，可以和微软的Kinect或华硕的 Xtion以及其他厂商的体感周边外设配合使用，使其成为三维扫描仪。Kinect通过Artec Studio可以完成模型扫描，然后进行后期处理，填补漏洞、清理数据、进行测量、导出数据等。

5.       PolyWorks

PolyWorks是加拿大InnovMetric公司开发的点云处理软件，提供工程和制造业3D测量解决方案，包含点云扫描、尺寸分析与比较、CAD和逆向工程等功能。

注：全球四大逆向工程软件除了Geomagic Studio和RapidForm外，还包括ImageWare和CopyCAD，有兴趣的读者可以到网上去找相关资料了解。

七、 其他3D建模软件

1.       人体建模软件

关于构建人体模型及动画，首推Metacreations公司的Poser软件（俗称“人物造型大师”）和开源的MakeHuman软件。这两款软件都是基于大量人类学形态特征数据，可以快速形成不同年龄段的男女脸部及肢体模型，并对局部体形进行调整。可以轻松快捷地设计人体造型、动作和动画。我读博期间用过Poser构建人体模型来做morphing，还是蛮方便的。

2.       城市建模软件

加拿大Esri公司的CityEngine是三维城市建模的首选软件，可以利用二维数据快速创建三维场景，并能高效的进行规划设计。应用于数字城市、城市规划、轨道交通、管线、建筑、游戏开发和电影制作等领域。另外，CityEngine对ArcGIS的完美支持，使很多已有的基础GIS数据不需转换即可迅速实现三维建模，缩短了三维GIS系统的建设周期。

3.       其他小巧的3D建模软件

下面的这个网页还介绍了一些其他3D建模相关的软件或程序：

http://tech.sina.com.cn/s/2008-10-20/08192519895.shtml

这些软件大部分都非常小巧，而且是开源且完全免费的。有很多媒体工作者和艺术家用这些小软件来制作3D作品，其中Blender, K-3D, Art of Illusion, Seamless3d, Wings3D等软件的使用面稍微广泛些。有兴趣的读者可以到网上找到相关资料去了解和学习，这里不作详细介绍。

4.       网页3D (Web3D)建模工具

基于网页(web)开发的3D模型设计软件，即基于WebGL，可以在浏览器中完成3D建模的工具。 国内有魔猴网在线建模工具，国外有3DTin，TinkerCAD（去年被Autodesk收购）等，它们的界面简单直观，有Chrome等浏览器插件插件，可以在线生成3D模型，直接存在云端，并在社区分享模型。在互联网的时代，Web3D技术将被越来越被广泛使用，建议大家多关注魔猴网。

5. 3D模型渲染软件

本文介绍的各种3D建模软件一般都能渲染3D模型，但要得到更为逼真的真实感渲染效果，还可以使用专门的3D模型渲染软件，比如Pixar Renderman、POV-Ray、 V-Ray、 Mental Ray、Final-Render等，这里就不详细介绍。一般使用Maya进行渲染，已经足够漂亮了。

此外还有广泛应用游戏、VR等领域的Unity3D、Quest3D和 Vega等，现在还不能直接和3d打印对接，这里就不再介绍，有兴趣的同学可以去网上搜一下。

3D打印提供给了平民零技能制造的技术，会朝着“私人定制”（个性化需求）的方向发展；随着大量草根参与到3D的设计和制造，3D打印将逐步颠覆人们创造东西的能力。正因人们对3D模型有了巨大的需求，3D打印技术才使得计算机图形学“落地”。随着人们对3D技术有了越来越多的需求，本文所介绍的3D建模工具将会发挥出更为巨大的价值。随着科学和技术的发展，云计算与物联网的进一步发展，将会出现越来越便利的3D建模工具，比如Autodesk 123D正在将3D技术从专业变成非专业，人们接触3D技术的门槛将越来越低，创造的3D模型越来越丰富。我坚信，日后3D技术将“飞入寻常百姓家”，会越来越平民化，且成为人们生活中重要的一部分。