萬莉君 孫鳳宇

摘要：隨著網(wǎng)絡(luò)、計(jì)算機(jī)技術(shù)的發(fā)展，產(chǎn)品的銷售逐步從線下實(shí)體展示銷售發(fā)展為線上虛擬展示銷售，產(chǎn)品三維模型制作成為首要環(huán)節(jié)。本文闡述了如何應(yīng)用三維掃描獲取的模型數(shù)據(jù)完成產(chǎn)品數(shù)字模型的制作流程及方法。

關(guān)鍵詞：虛擬展示;產(chǎn)品建模;Geomagic Studio

中圖分類號(hào)：TP399 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1007-9416（2020）07-0064-04

近年來電商和三維技術(shù)的發(fā)展，刺激著商品營銷模式的不斷變革創(chuàng)新?，F(xiàn)今的大部分民用產(chǎn)品展示從傳統(tǒng)的賣場(chǎng)、商場(chǎng)實(shí)景展示，二維圖片展示逐步升級(jí)變更為在各類媒體平臺(tái)上進(jìn)行虛擬三維展示，其真實(shí)全面的表達(dá)能讓消費(fèi)者在充分了解產(chǎn)品特點(diǎn)的同時(shí)，更具代入性的感受實(shí)景效果。

盡管三維建模方法多樣，但是對(duì)于一些造型復(fù)雜的產(chǎn)品，應(yīng)用人工建模耗費(fèi)時(shí)間較長(zhǎng)，成本較高，例如家具類產(chǎn)品中普通一件歐式雕花床頭柜，手工建模在2天左右，僅建模成本大致300-500元/件，產(chǎn)品展示成本大大增加。隨著三維掃描技術(shù)的發(fā)展和設(shè)備價(jià)格下落，促使了三維掃描模型數(shù)據(jù)和三維手工建模在項(xiàng)目中的應(yīng)用結(jié)合，本文主要闡述了在實(shí)際項(xiàng)目如何應(yīng)用三維掃描數(shù)據(jù)進(jìn)行產(chǎn)品模型制作。

1 傳統(tǒng)展示方式和虛擬展示的對(duì)比分析

傳統(tǒng)的產(chǎn)品展示以印刷二維圖片和賣場(chǎng)、商場(chǎng)實(shí)景展示為主，實(shí)景展示：商家需要租用場(chǎng)地，裝修布置，進(jìn)行產(chǎn)品出樣。由于場(chǎng)地限制等原因，商家很難展示所有產(chǎn)品，以及產(chǎn)品的各個(gè)細(xì)節(jié)特征。圖片展示是最早在展銷訂貨會(huì)上應(yīng)用的展示方式，其制作成本低，展示便捷，曾是七八十年代主要的營銷展示手段，但是產(chǎn)品角度比較單一，全面性不夠，也逐步被替代。虛擬展示：是綜合三維建模渲染技術(shù)，虛擬交互展示技術(shù)，多媒體平臺(tái)發(fā)布等技術(shù)的一種全新的產(chǎn)品展示形式，消費(fèi)者可以基于媒體平臺(tái)，使用移動(dòng)鼠標(biāo)來控制選擇觀察的范圍，可以采用定點(diǎn)360度旋轉(zhuǎn)觀察，也可以隨意行進(jìn)式觀察，在展示產(chǎn)品的同時(shí)，可以感受到解產(chǎn)品使用環(huán)境，聽到功能介紹等，為產(chǎn)品提供全方位體驗(yàn)。具體對(duì)比如表1所示。

2 三維建模方式對(duì)比分析

目前三維建模方式主要有手工建模、三維掃描建模兩種，其中手工建模主要模型師依據(jù)圖紙、圖片等資料應(yīng)用三維建模工具建立模型，適用于3D游戲、3D動(dòng)畫、3D電影，缺點(diǎn)是生產(chǎn)周期長(zhǎng)、成本高，難以適用于大規(guī)模商品三維建模[1];第二種是三維掃描建模是采用掃描設(shè)備，掃描實(shí)體產(chǎn)品獲取三維數(shù)據(jù)，生成的三維數(shù)據(jù)需要經(jīng)過處理后應(yīng)用于項(xiàng)目，其優(yōu)點(diǎn)在于速度快，還原度高，但是模型面數(shù)較高，需后期處理。具體分析如表2。

3 基于三維掃描數(shù)據(jù)的產(chǎn)品數(shù)字模型制作流程及方法

三維建模技術(shù)在工業(yè)產(chǎn)品的設(shè)計(jì)，展示中應(yīng)用已極為成熟，但是對(duì)于復(fù)雜結(jié)構(gòu)的產(chǎn)品，手工建模效率低，成本高。因此此類產(chǎn)品三維模型數(shù)據(jù)主要通過前期三維掃描技術(shù)獲取。而后在杰魔（Geomagic Studio）、3dmax、Zbrush、Photoshop中進(jìn)行修復(fù)，減面，加材質(zhì)燈光，最后輸出提交下一交互制作環(huán)節(jié)使用。每個(gè)工作環(huán)節(jié)使的工具和主要工作內(nèi)容如表3所示。

3.1 三維掃描、采集數(shù)據(jù)

使用杰魔公司掃描設(shè)備，首先在電腦中新建掃描數(shù)據(jù)存儲(chǔ)文件夾，設(shè)定掃描對(duì)象的具體屬性信息，例如被掃描對(duì)象的大小，光線強(qiáng)度，物體表面的復(fù)雜程度，所需時(shí)長(zhǎng)等等。而后在產(chǎn)品的表面和轉(zhuǎn)折處均勻的粘貼數(shù)據(jù)采集點(diǎn)，采集點(diǎn)的分布要均勻，轉(zhuǎn)折處要比平面處分布的數(shù)據(jù)采集點(diǎn)更多。進(jìn)行360度無死角掃描過程中速度要穩(wěn)定，不可時(shí)快時(shí)慢，要注意凹凸轉(zhuǎn)折結(jié)構(gòu)和雕花部分的掃描。掃描完成后，可以通過Geomagic Studio 軟件平臺(tái)，得到掃描后的基本屬性數(shù)據(jù)和樣品。Geomagic Studio軟件中打開預(yù)覽獲得的產(chǎn)品模型數(shù)據(jù)，如圖1所示，對(duì)照預(yù)先輸入的產(chǎn)品基本屬性進(jìn)行產(chǎn)品基本信息核對(duì)。在軟件中旋轉(zhuǎn)放大視圖，仔細(xì)觀察對(duì)比模型數(shù)據(jù)與產(chǎn)品照片及實(shí)體，找出需要后續(xù)軟件修復(fù)處理的部分。

3.2 掃描數(shù)據(jù)加工處理

（1）清理無用模型：三維數(shù)據(jù)掃描對(duì)所有感應(yīng)點(diǎn)周邊的實(shí)物數(shù)據(jù)進(jìn)行采集，因此導(dǎo)出的模型數(shù)據(jù)中會(huì)有多余面，第一階段主要在杰魔軟件中對(duì)此類無用的三維模型數(shù)據(jù)進(jìn)行清理。首先要把主體模型拆分出來，把一些無用模型和主體模型之間的連接面選中刪除，而后利用“選擇”中的“有界組件”把與主體模型分離的無用模型一次性選中刪除，由此清理出主體模型。

（2）模型細(xì)節(jié)處理：掃描獲取模型數(shù)據(jù)十分真實(shí)，一方面實(shí)際中的瑕疵破損等細(xì)節(jié)會(huì)被捕獲，其次由于掃描采集過程中，實(shí)物中凹凸褶皺度較高的部分，數(shù)據(jù)采集會(huì)出遺漏，這些都需要在軟件中進(jìn)一步修復(fù)處理。處理方法主要有兩種：其一，沙發(fā)模型表面一些孔洞和連接部分模型數(shù)據(jù)缺失，如圖2所示。對(duì)于此類情況可以利用計(jì)算機(jī)自動(dòng)分析識(shí)別缺失部分前后銜接模型數(shù)據(jù)，自動(dòng)進(jìn)行填充，搭橋建模。在杰魔軟件中運(yùn)用“填充單個(gè)孔—切線—內(nèi)部孔/邊界孔/搭橋”命令，點(diǎn)擊需求填充的地方即可填補(bǔ)該邊界孔。其二，對(duì)于產(chǎn)品中包含的重復(fù)結(jié)構(gòu)，可以通過選取一個(gè)相對(duì)最完整的模型數(shù)據(jù)，而后在zbrush中進(jìn)行復(fù)制合成。重復(fù)部分的選擇可以通過遮罩選取。

（3）根據(jù)材質(zhì)拆分模型：大部分家具由多個(gè)材質(zhì)組合，為了后期在3DMax中方便為各部分賦材質(zhì)，前期需要在Geomagic Studio中將各個(gè)部分拆分出來。拆分模型主要使用“裁剪—用曲線裁剪”，沿著需拆分部分的外輪廓繪制，把需要拆分的部分以閉合線框選[2]，如圖3，最后輸出。一般保存可反復(fù)修改的工程文件*.wrp格式，而后存儲(chǔ)導(dǎo)入到下一步操作的*.obj格式。

3.3 模型減面處理

因?yàn)槿S掃描得到的模型面數(shù)較多，在后期項(xiàng)目應(yīng)用時(shí)會(huì)極大提高軟件的運(yùn)算量，影響用戶體驗(yàn)，所以需要對(duì)修補(bǔ)完的模型進(jìn)行減面處理，在實(shí)際項(xiàng)目中根據(jù)產(chǎn)品體量大小及后續(xù)使用需求，會(huì)設(shè)定減面要求，例如在家具展示中一般項(xiàng)目要求一個(gè)成品家具模型面數(shù)不得超過100萬面。

減面工具主要使用三維插件PolygonCruncher。安裝插件后，可以在三維軟件的插件選項(xiàng)中查找此插件并打開。該插件會(huì)自動(dòng)計(jì)算模型總面數(shù)。用戶可以通過對(duì)面數(shù)或定點(diǎn)數(shù)的控制來達(dá)到模型減面的效果。

3.4 模型合成、材質(zhì)設(shè)置、打包輸出

（1）模型合成：完成數(shù)據(jù)處理、修復(fù)、拆分、減面后的模型需要導(dǎo)入max中進(jìn)行合成工作。由于大部分產(chǎn)品模型存在結(jié)構(gòu)對(duì)稱的情況，因此工作中會(huì)采用單邊制作的方式去建模，而后在max中主要進(jìn)行鏡像復(fù)制合成。還有一部分是需要把三維掃描部分和手工部分進(jìn)行合成拼裝。在制作上可大量節(jié)省時(shí)間，提高工作效率。如圖4為手工模型與掃描模型組合完成模型結(jié)構(gòu)圖。

（2）模型合成模型材質(zhì)設(shè)置：模型的材質(zhì)主要采用vray材質(zhì)完成，在項(xiàng)目中是采用預(yù)先調(diào)試好大部分常規(guī)材質(zhì)后調(diào)用，例如玻璃、不銹鋼、布料、塑料、大理石、金屬等，既加快項(xiàng)目制作速度，又保證同一項(xiàng)目同一材質(zhì)效果一致。

（3）文件打包輸出：模型完成以上處理后需打包提交下一步工作，打包文件主要包含以下四類：渲染小圖，白模文件、帶貼圖帶材質(zhì)模型文件、所有使用到的貼圖文件。最終模型從掃描數(shù)據(jù)到三維模型過程如圖5、圖6、圖7所示。

5G時(shí)代的到來、電商的發(fā)展，基于互聯(lián)網(wǎng)的線上展示，交互設(shè)計(jì)體驗(yàn)等必定是產(chǎn)品銷售展示主要途徑[3]，而產(chǎn)品模型的建立是實(shí)現(xiàn)三維展示的基礎(chǔ)，本文提出的基于三維掃描數(shù)據(jù)的建模方法在實(shí)際工作達(dá)到了高效率，高還原度，應(yīng)用效果好的目標(biāo)，為大規(guī)模產(chǎn)品三維建模提供了一種更為有效的解決途徑。

參考文獻(xiàn)

[1] 魏巍，袁君.基于三維重建的3D打印產(chǎn)品定制化建模研究[J].工業(yè)設(shè)計(jì)，2020（2）：26-27.

[2] 李志彥.基于Geomagic Studio的點(diǎn)云數(shù)據(jù)處理與三維建模技術(shù)[J].科技資訊，2019，17（21）：13-14.

[3] 張飛.基于Unity 3D的家具虛擬設(shè)計(jì)——以新中式家具設(shè)計(jì)為例[D].長(zhǎng)沙：中南林業(yè)科技大學(xué)，2018.