3.2 根据2D草图创建3D模型

我们已经知道，基本几何体也是由2D草图生成的3D模型，为了使用方便而单独提供它们给设计者使用。接下来，我们解释由2D草图生成立体模型的过程，这实际上分为两部分：绘制2D图形和利用该图形生成3D模型。3D模型是由多个面构成的，绘制2D图形就是确定主要构成面的形状。例如，长方体是通过拉伸矩形而形成的，绘制这个矩形的过程就是绘制2D草图，而拉伸它则是实现平面图形立体化的手段。这是最灵活的创建3D模型的方法。

大部分CAD软件都提供了丰富的工具，用于绘制2D图形。工程领域广泛使用的AutoCAD软件拥有最广泛的客户群，这是因为它绘制平面图形的手段多样，可以快速地绘制出所需要的图形。123D Design中绘制2D草图的工具虽然不多，但也能满足大部分画图的需求。而且，还可以直接调用AutoCAD绘制的平面图形，后面我们会讲解调用的方法。

专业CAD软件实现2D草图立体化的手段也是多种多样的。我们要深刻领会123D Design提供的4种方法：拉伸、扫掠、旋转、放样，这也是最基本的立体化手段，专业CAD软件都提供了同样的手段。后面的章节中会详细解释这些成形方法。本节的任务是要理解2D图形转化为3D模型的过程。

3.2.1 2D草图

为什么说是草图？在3D设计软件中，2D图形最终是要生成三维图形的，绘图相当于前期的辅助环节。为使大家容易理解，我们先试着画一个平面图形。123D Design的草图工具位于屏幕顶部的下面，把鼠标指针放在它上面，下面会出现一排绘制和编辑2D图形的按钮，如图3-11所示。

单击【草图圆】工具，在平铺的栅格上随便单击一处，确定圆心，然后再移动鼠标，先不管尺寸大小，拉出一个圆形。再次单击鼠标左键确认，一个平铺着的圆形就绘制完成了，如图3-12所示。

怎么看着这么别扭，明明看着是个椭圆，却是个圆形。这是因为在3D空间绘制图形，除非是对制图非常熟练的人，才会采用这种视图去画2D草图图形。一般要把栅格正视于屏幕，以方便准确地绘制图形。我们把栅格立起来再画。单击屏幕右上角的上面的“上”，这个称为视图方块，它用来控制屏幕中视图的显示，上面的文字表示显示的是哪个视图。现在栅格应该立起来了，按住鼠标中键，把它移动到如图3-13所示的位置。

这看起来非常像坐标纸，原点在左下角。而视图方块上的文字是“上”，表明显示的是上视图（俯视图），即从上方垂直向下看到的图形情况。视图区域还没有图形，这次我们画一个五角星，然后把它立体化。

选择草图子菜单中的按钮，它叫【多段线】工具，可以连续画线段。先在栅格上任意单击一下，屏幕中会出现一个图标，表示现在进入草图状态。接下来要确认绘制的第1个起点，有点像一笔画，尽可能一气呵成地画完，形状近似就可以了，后续可以对它进行调整。把鼠标指针在栅格上的一点处单击，连续绘制出五角星的形状，绘制完毕，按回车键结束。绘制的五角星如图3-14所示。

单击图标，退出草图状态。要修改图形的形状，把鼠标指针移到连接两条线的顶点处的小圆，按下鼠标左键，拖动鼠标就改变了图形的形状，如图3-15所示。点到线段时，线条颜色会变成黑色，按下鼠标左键移动鼠标，也会改变五角星的形状。若不想修改图形，按住鼠标右键旋转视图，把栅格旋转到平放的位置即可。

接下来拉伸这个图形。单击【构造】下的【拉伸】工具，在五角星的内部单击，会出现一个向上的箭头，鼠标指针移到它上面时，变成了一个抓手。向上拖动鼠标，五角星跟随着鼠标向上延长。数值输入框中的数字指示了拉伸的高度值，如图3-16所示。

当高度合适时，单击鼠标左键确认。单击右边工具栏中的按钮，选择最下面的隐藏草图选项，将2D图形隐藏显示，得到了如图3-17所示的五角星3D模型。

此时，你也能够画出2D图形并把它转化为立体模型了，感觉不错吧？

3.2.2 绘制样条曲线和贝塞尔曲线

这时，绘制2D图形的能力就显得尤为重要了。123D Design提供了4种绘制基本形状和2种自由绘制图形的工具。基本形状的绘制非常简单，自由绘制图形的工具则考验你的绘图能力。你使用过AutoCAD吗？使用过Adobe的Photoshop或Illustrator吗？如果都没有使用过，我觉得很有必要解释一下如何自由绘制平面图形。

123D Design提供了【多段线】和【样条曲线】两种自由绘制工具，而后者比前者更加灵活自由，能够绘制更复杂的形状。多段线是绘制直线的变种，可以绘制不规则连续的线，绘制方法是绘制线段起始点到终点，不断连续重复绘制。而样条曲线是一种以节点控制弯曲程度的、顺滑的自由曲线，通过编辑（移动、删除）节点可以很容易地调节曲线的曲率和走向，对于绘制不规则的轮廓图形非常方便。绘制方法是绘制起点→绘制第2点→调节曲线弯曲程度→绘制第3点……直至绘制完成，本书后面会详细介绍使用方法。这两种绘制工具都源自AutoCAD。

在平面设计领域，还有一种被称作贝塞尔曲线的自由绘制工具，在设计界称为钢笔工具。它更加直观，有多种调节手段，能大大扩展绘制图形的能力。这些与123D Design有关系吗？有，123D Design是留有接口的，能够接收在其他软件中用钢笔工具绘制的图形，并以此为基础构建出3D模型。

在计算机图形学中，贝塞尔曲线与样条曲线的构成比较复杂，我们只要知道这是两种曲线就可以了。贝塞尔曲线与标准样条曲线的最大区别是标准样条曲线将通过数组中的每一点，一对相邻点之间的曲线有时被称为整条曲线的“一段”，每一段曲线的形状都是由这段曲线的起点和终点（当然）以及其他两个相邻的点控制的。在外观上，贝塞尔曲线与样条曲线的示例如图3-18所示。

在大家熟知的Photoshop软件中，也提供了同样的钢笔工具。练习一下，掌握钢笔工具，那么绘制2D图形就很容易了，并且会使2D草图具有更大的自由度。

每天都有大量的艺术家和设计工作者在使用AutoCAD、Photoshop或Illustrator创建各种平面图形，所以不必犯愁图形的来源。不过，我们鼓励你去学习一下平面设计软件，掌握绘图工具，自己绘制2D图形。至于如何将平面图形导入123D Design，后面会讲解具体的方法。

下面来解释一下平面设计领域中的两个基本概念：图形与图像。一般来讲，日常我们所看到的照片就是图像，在计算机中是由像素点构成的，称为位图；而图形，就是绘制的各种形状，在计算机中是由带方向的线构成的，称为矢量图。更详细的解释请查看讲解平面设计的书籍，本书不深究。AutoCAD中绘制的平面图形、Photoshop或Illustrator中钢笔工具所绘制的图形都是矢量图。也许有人会问，照片可不可以转成3D模型？一个物体的多角度照片，现在是可以转换为3D模型的，Autodesk的ReMake就提供了这个功能，这也是3D建模的一个方向。

下面给出钢笔工具的几个使用示例，如图3-19、图3-20及图3-21所示。

这好像离主题有点远了。还是简单地说一句，如果想要对一个物体建模，可以用手机从它的几个角度拍照，然后使用钢笔工具把它的轮廓描出路径，导入123D Design中，再使用构造工具把它立体化。很多3D设计软件都可以把物体的3个视图的图片作为参照，重新创建3D模型。123D Design没有导入图片的功能，但我们可以在Illustrator程序中画好主要轮廓，调入123D Design中使用。如果有能力的话，建议大家认真地学习Photoshop或Illustrator中的钢笔工具。

3.2.3 由2D草图构建3D模型的方法

前面讲解了如何在一个平面内绘制2D平面图形，现在讲解由平面图形构建3D图形的方法。123D Design提供了4种方法，分别是拉伸、扫掠、旋转、放样。在上面的示例中，我们已经使用了拉伸工具，其实就是选定2D草图，然后使它向上或向下生长出厚度的过程。在123D Design中，不能拉伸开放的曲线，而这在其他CAD软件中是允许的。拉伸的结果是曲面，不过这对于3D打印没有意义，因为曲面没有厚度，所以它无法被打印出来。

下面将解释其他3种构造方法的基本过程。扫掠是将封闭的草图或者实体上的表面，沿着一条路径扫掠而形成实体的过程。如果轮廓图形与作为路径的曲线在同一个平面上，则无法进行扫掠操作。下面给出扫掠操作的示例，如图3-22所示。

在图3-22a中，绘制了一个圆形和一条曲线。在图3-22b中，把圆形绕X轴旋转90°，圆形作为轮廓，曲线作为扫掠路径，执行扫掠操作后，得到如图3-22c所示的模型。就像一条蛇的身体，以一个圆形截面沿着骨骼包裹形成蛇的身体。又像一条水渠，开闸放水后，水沿着沟渠流动，填满一段水渠的过程。扫掠操作的轮廓和路径曲线都可以自由绘制，非常灵活，有很强的建模能力。

旋转操作是以一个轮廓绕旋转轴旋转而得到模型。日常生活中存在大量的旋转体，例如圆形的酒瓶，化妆品的瓶子，锅、碗、瓢、盆等容器。如图3-23所示为一个脚轮的例子。

在图3-23a中，工字形轮廓以直线为轴，执行旋转操作，旋转360°，得到如图3-23b所示的模型。对一些边线进行适当的倒角，就形成脚轮。旋转操作最明显的例子是棉花糖机，不停旋转的容器把糖丝甩出来、冷却，逐渐堆积成蓬松的形状。下面再举个碗的例子，如图3-24所示。图3-24a绘制出薄壁的图形，绕着直线旋转一周，就得到碗的雏形。接下来执行倒角操作，就可以得到如图3-24b所示的模型，比较像一个碗了。

第4种利用2D草图创建模型的方法是放样，即通过指定一系列横截面创建新的模型。横截面用于定义模型的截面轮廓（形状），必须指定至少两个横截面才能执行放样操作。如图3-25所示是一个放样的示例。

这是一个矩形和椭圆形截面执行放样操作得到的结果。在123D Design中的操作基本如此，但在专业CAD软件中，放样操作还有一些其他控制选项，千万不要以为只是如此简单。我们继续使用这种方法，利用3个截面，创建出一个雨伞的模型，如图3-26所示。

首先绘制的是一个18条边的多边形，然后复制出一个副本，把尺寸缩小，在Z方向上向上移动一段距离。然后绘制一个小圆形，也上移到一定的高度。执行放样操作，就可以得到如图3-26b所示的模型。