牟曉東　牟奕炫

3D打印實現(xiàn)了計算機制作設計模型的“所見即所得”實物輸出，因此有人稱它是“目前個人最有可能應用的數(shù)字化制作手段”。“建模”即建立三維模型，它在整個3D打印過程中占據(jù)著極為重要的地位，將會直接影響到最終打印成品的顯現(xiàn)輸出效果。目前，通用的3D打印文件格式包括STL、OBJ、AMF、3MF等，“建模”的方式也比較多。

一、從3D模型網站上下載STL文件

如果是剛剛開始接觸3D打印，建議先從相關的3D打印模型網站上搜索下載一些較為常見的簡單模型進行打印來增強感性認識。目前提供3D模型免費下載的網站已經比較豐富，大家可自行百度，比如“打印啦”（http：//www.dayin.la/）、“魔猴網”（http：//www.mohou.com/moxingku）、“3D虎”（http：//www.3dhoo.com/model）、“打印派”（http：//www.dayinpai.com/model/list/shengren），等等（圖1）。

在模型網站上下載3D打印模型通常需要注冊賬號，然后根據(jù)自己的需要在相關類別中搜索查找并進行下載。這種得到3D模型的方式非常直接且省時省力，而且可以使用相關的軟件進行二次修改編輯，是初期學習3D打印的首選。

二、通過3D掃描來實現(xiàn)

經過一段時間的學習，如果已經不滿足于從網站上搜索下載現(xiàn)成的3D模型進行打印，就可以嘗試將身邊一些常見的個性小物件通過非接觸式三維掃描儀進行3D掃描。這種三維掃描可以偵測并分析現(xiàn)實世界中物體或環(huán)境的幾何構造形狀及顏色、表面反照率等外觀數(shù)據(jù)，然后將掃描到的數(shù)據(jù)進行三維模型的重建計算，最終在計算機中虛擬創(chuàng)建出與實際物體對應的數(shù)字模型（圖2）。

以攝影測量3D掃描系統(tǒng)為例，它采用了多視點立體視覺技術來測量物體表面標志點的高精度三維坐標。然后通過編碼點標定相機各個視點的位置和姿態(tài)，并且依據(jù)多視點幾何成像技術計算出標志點的三維坐標來生成高精度的三維數(shù)據(jù)，最終生成STL格式的文件。

三、使用建模軟件C4D來設計制作模型

最能體現(xiàn)3D打印創(chuàng)意建模的方式莫過于通過建模軟件來設計制作3D模型，目前相關的參數(shù)化建模軟件非常豐富，已經有數(shù)十甚至上百種，如SketchUp、3DSMax、SolidWorks、Maya、C4D、3DOne、ZBrush、UG、Pro-E等。比較符合我們空間思維認知習慣的建模是從最為簡單的基本幾何體開始，通過對它們的基礎參數(shù)修改或進行布爾運算，最終生成自己想要實現(xiàn)的3D模型。在此以C4DR18為例，對校園內某處標志建筑實體進行建模，操作步驟如下：

1.對實體三維物體進行簡單“拆分”分析

通過仔細觀察后不難發(fā)現(xiàn)，實體三維物體是由底座立方體和頂部的球體組成，其中立方體四個側面各有一組文字，球體周圍環(huán)繞一圈文字。立方體和球體都是C4D的基礎對象，文字則可以通過“運動圖形”下的“文本”來實現(xiàn)，由于最終3D打印出的成品必須是一個整體而不能出現(xiàn)各零件分離的情況，因此該模型建立的最大難點是球體上的環(huán)形文字必須按照球面的弧形進行緊密貼合。

2.建立實體模型的基礎體：立方體和球體

運行C4DR18，首先點擊菜單欄下方的快捷菜單“立方體”，就會在空間坐標系中生成一個邊長為200cm的立方體對象。接著再次點擊“立方體”選擇其中的“球體”，得到一個半徑為100cm的球體，由于也是與立方體同處于世界坐標原點（0，0，0）而被立方體遮擋在內部，需要點擊綠色的Y軸箭頭將它向上拉動適當?shù)木嚯x，必須要保證二者有一定的接觸（即為一個完整的模型）。此時，可根據(jù)三維標志實物進行立方體邊長和球體半徑的二次調整，在各自的“對象屬性”中修改，比如根據(jù)實物比例將球體的半徑修改為150cm，同時還可以將球體的“分段”由24修改為50或更高，使其球面曲線顯得更加平滑，完成模型基礎體的建立（圖3）。

注意：在此操作過程中，要根據(jù)情況按住Alt鍵和鼠標的左、右、中鍵不斷進行模型的縮放、移動及旋轉，也要結合各視圖的不同角度切換來仔細觀察各側面是否有誤操作（比如不小心拉偏子模型的位置等），以便及時進行調整。

3.立方體四個側面文字的建立

底座立方體四個側面的文字建立方法完全相同，只要先設計建立好一面文字信息后再進行三次復制并調節(jié)位置、方向和修改文字內容即可。

首先點擊“運動圖形→文本”菜單，坐標原點出現(xiàn)“文本”立體字，在其“對象”標簽項中“文本”處將默認生成的“文本”修改為“關愛點亮生命的燭光”。同時在下方的“字體”“對齊”和“高度”處分別將默認的“微軟雅黑”“左對齊”和“200cm”修改為“華文隸書”“中對齊”和“24cm”（圖4）。另外，建議在“封頂”選項卡處將“頂端”和“末端”均設置為“圓角封頂”，將“步幅”和“半徑”設置為“1”和“1cm”。其他設置不需改動，最終選中該文本調節(jié)紅色的X軸數(shù)值，將其定位到立方體的一個側面上，注意二者一定要緊密結合（比如將其厚度值的一半“嵌入”到立方體）。

接下來在C4D右上方的對象區(qū)域選中“關愛點亮生命的燭光”并按住Ctrl鍵拖動，復制出第二個文本對象（二者是完全重合的）;點擊選中這個復制體，將其文本顯示信息修改為“走進一中是主人走出一中是成功”，其他設置保持不變，只須將其空間坐標修改：一是旋轉角度為90度，二是將X軸和Y軸的位置調節(jié)，同樣是將其“嵌入”到立方體的另一相鄰的側面（圖5）。

使用同樣的操作方法，將另外兩個側面的文本信息“奉獻點燃幸福的火炬”和“胸懷祖國放眼世界”復制并放置于合適的位置即可完成底座立方體四個側面文本信息的設置。

4.球體周圍弧形分布文字的建立

在C4D中，想要實現(xiàn)球體周圍按照弧形分布的文字效果，建議借助C4D的“包裹”變形器來完成：讓立體文字緊貼在包裹變形器上并隨之發(fā)生球狀形變。

首先仍是按住Ctrl鍵拖動上一步中已經建立好的任意一個文本對象進行復制，將其文字信息修改為“山東省招遠第一中學”，可增加其“高度”值來適當增加其顯示大小，同時也需要增加其“深度”值;另外需要注意的是，要在“對象”選項卡中將“點插值方式”由“自動適應”修改為“統(tǒng)一”，在“封頂”選項卡中將“類型”設置為“四邊形”，勾選下方的“標準網格”項，這樣才可以為下一步的變形做好準備。

接著，點擊快捷工具欄“扭曲”下的“包裹”變形器，將它拖放至該文本對象下，邊觀察預覽窗口的顯示狀態(tài)邊修改調整相關的參數(shù)。在“包裹”的“對象”選項卡將“包裹”由默認的“柱狀”修改為“球狀”，將“寬度”和“半徑”作相應的調節(jié)，直到將該文本對象緊密地貼合至球體的表面（注意千萬不能出現(xiàn)分離的情況）。此時建議使用鼠標中鍵切換至頂視圖中多加觀察，文本對象的厚度中分線正好“卡”在球體表面為最佳（圖6）。

5.導出生成STL格式文件

至此，建模操作已經進入尾聲，最后需要將該模型文件存儲為STL文件以便3D打印機能夠正確識別。操作方法為：點擊C4D的“文件→導出→STL”菜單命令，將其保存為School.stl文件，注意文件名不能是中文（很多3D打印機不能正確識別文件名為中文的STL文件），最后點擊“保存”按鈕（圖7），按照提示“縮放1倍”（點擊“確定”按鈕即可），這樣我們就得到了該實體標志建筑三維模型的STL格式文件，正式完成建模操作。然后就可以再進行模型的質量分析修復和切片，最終到3D打印機中進行實體打印輸出了。