概念设计

创建模型

在概念设计基础上，3D建模师将进一步确定模型的细节，如大小、形状等。在这一阶段，传统的三维建模为人工建模的方式，是使用3D建模软件手工建模，包括建立基础的几何体、增加细节等。随着三维重建技术的成熟，也可以通过现实数据采集的方式作为初始的模型，这主要是三维重建的相关技术，在此不详述，后续会出专门的文章介绍，在此主要介绍传统的三维建模技术。按照不同的应用领域、不同需求等因素，可以分为以下几种。

多边形建模示意图

曲面建模：曲面建模是在多边形建模的基础上，使用更高级的技术，通过曲面来构建模型，可以制作出更加光滑和精细的模型。常用的多边形建模软件有Blender、3ds Max、Maya、ZBrush、Rhino等。

《阿凡达》曲面建模示意图

数字雕刻建模示意图

不同类型的三维建模技术各有优劣，可以根据不同的需求选择合适的技术和软件进行制作。

纹理贴图及映射

在模型基本完成后，需要将纹理贴图的材质、颜色、纹理等信息添加到模型上，使其有更多细节，更具有真实感。贴图和映射的质量对于最终的模型效果有很大的影响，因此在建模过程中，纹理贴图的设计制作和纹理映射过程也非常重要。

纹理贴图的分类主要有，颜色纹理贴图、法线贴图、阴影贴图、透明贴图、反射贴图等。颜色纹理贴图是指将颜色信息映射到3D模型表面上，是最常见的一种贴图类型。法线贴图使用了RGB通道来控制模型表面的几何信息，包括法线、高程和光滑度等。阴影贴图也称为深度贴图，是一种记录深度信息的纹理图像，用于计算3D模型表面的阴影信息，用于增加逼真的阴影和光照效果。透明贴图是一种用于控制3D模型表面透明度的贴图，通常用来保存透明度信息，可以用于创建玻璃、水、人物的头发等透明物体。反射贴图是一种用于模拟3D模型表面反射的贴图，可以让3D模型看起来更加真实。反射贴图通常使用环境映射或球形映射等技术来实现，也可通过自定义的HDR图像生成。

纹理映射是将2D或3D图像映射到3D模型表面（或内部）上的一种技术，用来增加模型的逼真度、使模型细节更加丰富。比较常用的有UV映射、体积纹理等，根据不同的场景和需求，使用不同的纹理映射技术可以达到更好的纹理贴图效果。

UV映射是最常用的映射方式，是将3D模型上的表面拆开并展开成一个2D平面来创建纹理贴图，然后将2D图像映射回到3D对象表面上。映射过程是将每个顶点都被映射到一个UV坐标，这可以通过处理3D模型表面上的定向图、法向量和颜色来实现。

特定几何图形的映射，如球形映射、正方体映射、圆柱体映射，就是用对应形状的映射工具将图像映射到对象表面上。体积纹理用于将3D贴图应用到3D对象内部的一种技术。还有翘曲映射、透明映射、顶点颜色映射、混合纹理映射、切割贴图映射等。

纹理映射常用的软件有，专业的三维建模的软件如Maya、3ds Max、Blender一般都支持常用的纹理映射。Substance Designer，是专门用于纹理制作的软件，它提供了大量的材质生成工具和纹理库，可以快速生成高质量的纹理映射。Photoshop，虽然它不是专业的三维建模软件，但它具有强大的图像处理和纹理制作功能，可以将制作好的纹理映射应用到三维模型中。

灯光设置

在纹理绘制完成后，需要对模型进行灯光设置，模拟环境中的光照，让模型更具有真实感和艺术效果。

关键点有灯光类型，常见的有点光源、平行光源、聚光灯和区域灯光等。调整灯光颜色和强度，帮助营造不同的氛围，例如，暖色调的灯光可以帮助创造出浪漫、温馨的氛围，冷色调的灯光可以制造出科技、现代感。灯光的强度、位置和方向、范围和角度等都需要结合场景设置。还要考虑灯光和材质的互相作用，如不同类型的表面材质对光照具有不同的反射、漫反射和照明效果，比如金属表面在光线下呈现的效果和木质表面的效果是不同的。

主流的3D建模软件都支持灯光设计，可以创建各种类型的灯光，如点光源、平行光、聚光灯、体积光、环境光等，并支持灯光属性的调整，如颜色、强度、光锥角度、阴影等。3ds Max还提供了全局光照、辐射热度图、环境反射等高级灯光功能。Blender提供了高级渲染引擎Cycles，支持全局光照、全局明暗度、散景、反射等功能。

物理模拟

物理模拟指的是使用计算机软件对三维场景中的物理现象进行模拟，以达到真实的物理效果，提供更加逼真的物体运动、重力和碰撞效果。以下是三维建模的物理模拟的常见技术。

刚体模拟，是对物体的运动和碰撞进行模拟的过程，可以实现物体的真实动态效果，比如重力、惯性、摩擦力等，以及物体与物体之间的碰撞效果；烟雾和流体模拟，可以模拟气体和液体在三维环境中的运动情况，主要应用场景包括水流、波浪、河流、雨水等；布料模拟，可以模拟织物的运动情况，例如飘逸，褶皱，摆动等，可以使织物更加真实。柔性物体模拟，主要模拟弹性材料的运动状态，例如皮肤、橡胶、橡皮等。粒子模拟，是对物质轨迹的模拟，在三维建模中，粒子模拟可用于模拟火焰、爆炸、灰尘、雾等物质的运动和互动情况。

工具方面，专业三维建模软件Maya、Blender可以进行基于物理的模拟和动画制作，包括布料、液体和粒子等效果。游戏引擎Unity 3D、Unreal Engine可以进行物理模拟的编程和开发，并且提供了自己的物理引擎。Houdini是一款强大的3D特效软件，可以进行多种类型的物理模拟和粒子效果制作，包括水、烟雾和火等效果。

动态几何

动态几何技术是制作动态可视化效果和可交互性设计的一种基础方法，用于实时计算和显示各种几何对象。如果模型有交互式或动态的效果，需要用动态几何动态地改变3D模型的形状和位置来实现。通常涉及复杂的数学原理和计算技术，包括参数方程、线性代数、坐标变换、分形理论、描线算法等等。结合三维建模和动态几何技术可以制作出更加精细和生动的画面，例如在游戏中制作出真实的动态物理效果和物体交互行为，或者在建筑可视化中制作出真实的光线反射和阴影效果。

以上是三维建模的基本创建模型过程。在实际的建模过程中，还有许多其他的细节和技巧，需要根据具体情况不断学习和掌握。

三维模型建模完成后可以通过渲染软件将模型输出成高质量的图像或动画，以供后续使用和展示。对于输出的图像或动画，建模师和设计师还需要进行后期处理，如深度后期增加模糊、锐化、调整颜色等等。

游戏开发

在游戏开发中三维建模有着广泛的应用，可以用来制作游戏场景、角色、道具等，提高游戏的视觉效果和游戏体验。

游戏场景是游戏画面的主要组成部分，需要用三维建模技术创建地形、建筑物、汽车等各种元素，使其在游戏画面中呈现出视觉上的逼真感。

游戏角色模型也需要使用三维建模技术进行制作，制作角色模型时需要考虑角色形态、动作、表情等方面的细节。道具如武器、工具、饰品、装备等也需要，不仅要有独特的造型和设计，还需要考虑到实际用途。动画效果是游戏中非常重要的一部分，需要用三维建模技术制作人物和道具的动作、表情、造型等。同时，还需要使用骨骼动画和逐帧动画等技术实现更加细致的动画效果。还需要对三维建模元素进行优化和调整，确保游戏画面的流畅性和稳定性。

例如《我的世界》，游戏中建筑物、树木等元素都是是由方块组成的，用到了方块建模及纹理映射的相关技术。这种方块式建模技术可以让玩家创建各种复杂的建筑和景观，而且能够实现高度自定义，具有极高的创意性。游戏中还应用了光照技术，玩家可以创建灯光和火把，在夜晚或黑暗中利用这些光源来照亮数字世界，从而更加真实、生动。

生化危机使用了大量的建模技术来实现游戏中的可视化效果，如多边形建模技术，每个角色或物体都由数百甚至数千个三角形或四边形组成，这些多边形之间连接形成一个复杂的3D形状。为了增强角色和物体的真实感，使用了细节贴图技术，将一张高分辨率的纹理图片映射到模型表面上，以达到增强模型表面细节的效果，使其更真实。通过光影技术，可以调整角色和场景中的光源和阴影效果，实现更真实的光照效果。用物理引擎实现一些精细的物理模拟，例如角色的力量和身体关节的刚性等，给玩家带来更真实的游戏体验。

电影和动画制作

三维建模在电影和动画制作中也是必不可少的技术之一，可以用来制作场景、角色建模、特效制作、摄像等，实现特效和动画效果，如科幻场景、飞行、爆炸等。

角色建模，这一点和游戏场景类似。例如，《疯狂动物城》中的角色模型，通过细致的三维建模技术，让角色的外形和表情更加生动，使得电影的情节更加鲜活。

场景建模，例如电影《阿凡达》场景完全是基于3D数字化模型建立的。许多场景都以延伸自然环境的树木和植被为主景，这些植物的设计和渲染技术非常精细，并使用光线追踪(Ray Tracing)技术来确保每个盆栽和叶片看起来自然。电影《失控玩家》，制作团队使用了多种物理建模和流体动画技术，例如辐射传输，气流/空气弹性，以及一些循环流动和能量交互等动力场景，来复现风流场、颗粒流动、让漩涡、烟雾等自然现象，让电影场面更加动态生动。

特效制作在电影中应用最为广泛。例如，《阿凡达》这部电影高度细节化的特效让人印象深刻，例如那些绝妙的生物和飞行器等。《变形金刚》电影惊险刺激的特效画面也是基于三维建模实现的。

摄影和后期制作。在拍摄过程中，使用三维建模技术可以为镜头定点、造型、填充、前景和背景等方面提供辅助。在后期制作方面，三维建模还可以用于特效合成、3D转场、场景修复等方面。

三维建模技术在电影动画制作中可以对电影画面的构造、细节和效果的表现有很大的帮助。从这些典型案例中可以看到，三维建模技术是电影动画制作中必不可少的一个重要环节，是创造出令人印象深刻的电影画面的重要工具之一。

文博文旅

对于面向元宇宙的文博文旅场景构建，三维建模是一个非常重要的环节。它可以将传统文化、景区景点等元素进行数字化转换，并在虚拟环境中还原出真实的场景和细节，还可以打造虚实融合的交互空间。这样，人们可以在虚拟世界中游览名胜古迹，体验异域文化，穿越历史长河，享受前所未有的旅游体验。三维建模技术的不断发展，将会使得元宇宙文博文旅场景更加真实、细致、有趣，吸引更多的游客参观和体验。三维建模技术则可以帮助现实文博文旅场景创造逼真的虚拟元素。例如，迪士尼乐园中的“推土机大战”表演项目，就运用增强现实技术和三维建模技术，让表演者真实地与虚拟的推土机互动。

此外在工程和建筑设计、3D打印、数字艺术和设计等领域也有很广泛的应用。总体来说，三维建模技术应用场景广泛，可涵盖许多行业和领域，对各行各业的发展都有着积极的推动作用。