懂得：3D 建模中的拓扑基础知识

xubin · 发表于 2024-10-16 18:26:31

　　我知道我们都想创造很酷的机器人。但在制作机器人之前，让我们先谈谈基本的拓扑原理。3D建模https://www.51jianmo.com深圳积木易搭科技技术有限公司，业务涵盖3D扫描建模与三维模型应用两大板块，其服务涉及泛家居、文物、工业、电商、医疗、教育、旅游、艺术文化等领域！

　　如何理解 3D 建模中的拓扑？

　　当我们谈论 3D 拓扑时，我们指的是整个模型中的边分布。举个例子，你有没有问过自己以下任何问题？

　　我如何知道我的边有适当的走向？

　　如何知道网格中的边是否均匀分布？

　　我如何知道我的网格是否干净？

　　我怎么知道是否有挤压？

　　为什么我的细分网格看起来如此变形？

　　所有这些问题都基于拓扑结构，例如，如何在任何给定模型上组织边。但是是否有足够容易理解的规则或工作流程，以便我们每次处理新项目时都可以应用它？

　　好吧，是的……不。有一些非常容易记住的规则，但是学习将这些规则正确地应用于不同的网格，需要大量的练习。

　　从哪里开始？

　　那么 3D 建模中的正确拓扑是什么？

　　让我首先向您展示一些拓扑出现问题的示例，然后看看我们是否可以找到解决问题的简单方法。

　　在这个例子中，我们可以看到网格上有一些变形。但我们已经知道，两条边越接近，区域越锐利。

　　那么为什么会这样呢？

　　我们可以清楚地看到黄色突出区域中的角正在形成一个更锐利的角对吗？

　　虽然两个接近的边确实会产生更锐利的角，但如果这些相同的边在一端超级接近，而在另一端广泛分布，则可能会出现一些变形。

　　就像我们在上面的示例中看到的那样，左侧的宽边扩展区域逐渐流入右侧的窄边扩展区域（突出显示的黄色）。网格的这两个区域之间的过渡，我们有一个没有边的大空白区域会导致变形。那里根本没有足够的几何形状来支持这种结构。

　　为了避免这个问题，我们需要更多的边来释放一些勒痕。

　　那么解决这个问题最简单的方法是什么？

　　答案是，创建更多的均匀边分布（或边分布）。在添加新边时，我们需要确保边分布均匀且看起来像正方形。也称为四边形。

　　这样看上去好多了！好的，所以现在我们知道我们需要均匀分布的边以避免失真。但仅靠散布是不够的。如果散布数量（或多边形数量）太低，我们可能会在稍后需要更多几何体来获取细节时遇到同样的问题。那么我们需要什么来避免这种类型的失真呢？

　　我们需要不太密集或不太广泛的均匀边分布。

　　在低多边形和高多边形（边）计数中操作边都有积极和消极的一面。让我们看看它们是什么。

　　低多边形

　　积极的一面：低多边形数将使我们能够轻松地修改形状并阻止想法。

　　负面因素：我们无法建立具有低多边形数的细节。我们想要的细节越多，我们需要的几何图形就越多。

　　高多边形

　　积极的一面：使用更大的多边形数，我们可以轻松添加更多细节，并轻松收紧网格。

　　负面因素：另一方面，较大的多边形网格更难控制，因为要操作的点和边更多。

　　到目前为止要遵循的规则

　　那么，如果我们总结这些信息，我们将应用到我们的工作流程中的结论或规则是什么？

　　1. 我们需要从非常低的多边形开始。

　　为什么？因为网格更容易控制并帮助我们更快地建立我们的形状。

　　2. 我们需要确保边分布均匀。

　　为什么？因为我们想确保我们有足够的几何形状来处理我们的细节和尖角。正如我们在第一个示例中看到的那样，不均匀的边扩展会导致不需要的结果。

　　伟大的！两个简单的规则开始。不那么难记住吧？但仅此而已吗？

　　不……我们还有两个。如果我们现在检查我们的进展，我们的下一步是什么？我们的最后一个示例表明，由于边均匀分布，几何形状没有变形，但现在角不再尖锐。

　　为了正确地做到这一点，我们需要熟悉支持边和边流。接下来让我们这样做。

　　什么是保持边？

　　保持边只会确保您的对象在应用细分后保持保真度。

　　我们希望收紧的任何边/形状都需要至少一到两个（推荐的）支撑边。通常，这就是我们模型的轮廓。靠近的两条边会形成一个尖角。我们只需要遵循这个规则。

　　所以在我们的例子中，我们应该把我们的支持优势放在哪里？我们之前提到了大纲，对吧？

　　如果是这种情况，我们可以将轮廓边（显示为黄色）挤出到外部，或者复制内部的边。这就是我们设置支持优势的方式。

　　挤出形状后，轮廓边理想情况下应由 2 个支撑边包围。

　　现在我们可以快速检查如果我们应用细分，我们的网格会是什么样子。它看起来不错，一旦我们弯曲它，表面似乎没有变形。到目前为止已经足够好了。

　　让我们也为我们的规则列表添加保持边优势。

　　到目前为止要遵循的规则：

　　1. 我们需要从非常低的多边形开始。

　　为什么？因为网格更容易控制并帮助我们更快地建立我们的形状。

　　2. 我们需要确保边分布均匀。

　　为什么？因为我们想确保我们有足够的几何形状来处理我们的细节和尖角。正如我们在第一个示例中看到的那样，不均匀的边扩展会导致不需要的结果。

　　3. 我们需要添加支撑边。

　　为什么？因为一旦我们应用细分，支撑边将确保我们的主要形状（或轮廓）保持其结构。

　　边走向

　　什么是边走向，什么是边重定向？

　　在许多情况下，我们的前三个步骤并不总能得到我们想要的结果。有些角落可能不像我们想要的那样锋利或柔软。

　　在我们的例子中，所有的角落仍然非常柔软，而不是锋利和清脆。

　　现在我们需要一种方法来操作我们已经拥有的拓扑以获得我们想要的结果，对吧？但不仅如此，我们还需要在保持四边形的同时保持拓扑清洁。

　　如果这个领域听起来有点混乱，那只需要练习。你经历的例子越多，它就会变得越清楚。

　　让我们先谈谈重定向。我们可以从我们的保持边开始，因为它们提供了足够的几何形状来形成一个尖角。

　　如果我们回到最基本的，我们会有两个例子。一个示例将有一个软角，而另一个示例将有更多的成形角。注意到区别了吗？

　　因此，基于上面的示例，让我们继续并尽可能使用保持边应用尖角。

　　现在我们正在慢慢接近我们的最终形状，你可以注意到只有两个角需要锐化。

　　这是我们要做的。我们需要以某种方式重新排列我们的边，使它们具有“重力流”。说什么？？

　　是的，它帮助我更好地理解了这个边的东西，所以希望它也能帮助其他人。

　　在下面的示例中，我们可以在左侧看到当前的边走向。但现在让我们检查中间的例子。

　　我们有一个灰色的轮廓，代表我们的支持优势。现在让我们假设那里有重力，根据我们行走的角度，这将是边的走向（显示为黄色）。我们只需要应用这个逻辑来重新排列边，所以它们有利于形状。

　　在右边的例子中，我现在移除了我们不需要的边，所以我们有更多的空间来跟随我们形状的“重力”。

　　好的，我们的原始网格位于左侧。然后，如中间所示，我们将删除我们不需要的边并组织那些与“重力”流不匹配的走向。然后，如右侧示例所示，我们会将边带回中间区域，以使所有边或多或少地再次均匀分布。

　　关于如何解决这个问题还有很多其他的变体，但我试图让它简单明了。

　　既然我们已经完成了，让我们再次回顾规则。

　　在 3D 建模中遵循拓扑规则

　　1.我们需要从非常低的多边形开始。

　　为什么？因为网格更容易控制并帮助我们更快地建立我们的形状。

　　2. 我们需要确保边缘分布均匀。

　　为什么？因为我们想确保我们有足够的几何形状来处理我们的细节和尖角。正如我们在第一个示例中看到的那样，不均匀的边缘扩展会导致不需要的结果。

　　3. 我们需要添加保持边。

　　为什么？因为一旦我们应用细分，支撑边将确保我们的主要形状（或轮廓）保持其结构。

　　4. 我们需要检查我们的边流是否正确。

　　为什么？因为不同的边流在细分上会给出不同的结果。这部分需要练习。

　　注意：虽然这些规则很简单，但某些因素可能会有所不同。例如，在您管理边走向之后，可以稍后添加支持边缘。但是首先了解规则是一个很好的做法，然后相同的规则很容易被打破和操纵以匹配您的工作风格。