3.1 计算机如何制作一个3D模型

讲述这个问题之前，我们先来看下现实生活中我们要做一个模型，应该如何做呢？首先我们要把模型的形状给雕刻构建出来，现实生活中的物体都是由分子组成的连续的表面，计算机是离散的无法做到这点，所以计算机通过微分的方式，把一个曲面分成”多个平面”来模拟实现连续的物体表面。常见的平面我们有三角形,四边形, 五边形等,任何一个平面都可以分割成若干三角形，所以计算机所指的面都是三角形，这样做有一个好处，底层与显卡只要处理同一种面(三角形)就可以了，这样渲染流水线处理会简单统一。每个三角形都是由空间中的3个顶点来确定的，当空间中的3个点定下来，他们就能确定一个三角形平面。三角形的3个顶点，我们在3D里面通常称为面的顶点。

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空间的物体也可以由若干三角形来构成，雕刻成形状，如果物体是曲面，那么就会通过将曲面分小成若干小三角形来组成曲面形状。理论上来说，三角形分的越小，越接近于真实的曲面，当然三角形分的越小，面的数目越多，处理起来性能也越差。一般在建模的时候，人眼看上去接近曲面就可以了。

所以计算机制作3D模型的第一个步骤就是建模,建模的时候，会先确定一个坐标系(原点与x, y,z轴)，这个坐标系我们通常叫做模型坐标系,所有的三角形面的顶点的位置都是基于这个坐标系的。模型中顶点的坐标我们又叫做顶点的模型坐标。由此我们可以得到如下推论:

顶点的世界坐标 = 物体的世界坐标 + 顶点的模型坐标

(注:这里的+是叠加变换，包括旋转等,不是简单的坐标相加)

建模完成以后，物体的形状就被雕刻出来了，接下来就是给每个面涂上颜色。发挥一下我们的想象力，我们用一张白纸包住整个模型，然后用图钉基于面的每个顶点把图钉按下去，这样这个白纸就会贴合固定到模型上了。接下来美术就在白纸上涂颜色，图好以后，模型上色完成，变成物体的形状。

接下来我们再把”图钉”取下来，把贴在模型上的白纸展开出来，我们就得到了上好颜色的纸,我们叫做纹理贴图，如图所示:

刚才每个顶点的固定图钉，都会在纹理贴图上留下一个小针孔（如图中的紫色点），这个针孔所在的位置叫做顶点的纹理坐标。纹理坐标是一个二维坐标(x, y)，坐标系的原点是左下角(0, 0), 右上角是1, 1, 根据这个标准，来确定纹理每个顶点的纹理坐标。到此我们就建好了一个模型。美术交付的时候就包含了 fbx模型文件与模型的纹理贴图，当然还有其它的一些细节增强的贴图，如法线贴图等，fbx存放的是模型的顶点数据等，纹理贴图就是物体的表面颜色。最后总结以下美术3D建模的一些基本概念:

（1）3D模型是由一个个的三角形面组成的形状，每个三角形由3个顶点组成，三角形组成的模型形状,像网格一样，所以我们把建模的三角形面的数据又叫做网格数据，后文成Mesh。

(2) 每个三角形的面有3个顶点，很多同学理解为顶点就是顶点坐标，其实这个说法是错误的，3D中的顶点包含了: 顶点的坐标(position), 顶点的纹理坐标(uv), 顶点的法线坐标(Normal)等。所以顶点是这些数据的集合，并不单指模型顶点的位置

3.2 模型动画

模型制作好以后，有些人物角色还需要做模型动画, 让角色能有动作。模型动画其实就是模型的顶点在一段时间内的连续变换，比如一组待机动画，哪些顶点会动，如何动，每个顶点在动画中每一帧的的位置如何，这样每一帧，顶点的位置不一样，然后把每一帧播放出来，计算出顶点在这一帧的位置(动画采样), 每一帧，顶点的位置不同，人眼会把每帧的相关形状补间起来，形成了动画的感觉，叫做模型动画，比如3D鱼模型的游动，在每一帧，尾巴处的顶点位置不同，导致物体的形状不同，连起来就形成了3D动画。模型顶点的动画运动数据，也可以存放到fbx文件里面。

今天的分享就到这里了，希望帮助你建立一些基本的3D概念。关注我们学习更多游戏开发相关的知识。