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三维数据模型的获取是3D打印技术的基础和关键技术之一，获取3D打印模型文件方式有很多种，主要有模型网站下载、照片建模、在线网页建模、扫描建模和专业软件建模等方式。
目前，随着创客运动的发展和开源分享的传播，大量的3D打印模型设计师无私地将自己设计的模型上传并分享，通过付费或者免费的方式从互联网获得3D打印数据模型是最直接的方式。国内外的一些模型网站请参考附录A。
1）国外三维模型下载网站。以Makerbot公司（现在已经被Stratasys收购）出品的模型分享网站最为著名http://www.thingiverse.com/，现在模型总数已经超过60万个，如图2-3所示。
图2-3 Thingiverse模型下载网站
2）我国三维模型下载网站。我国很多3D打印信息网站也提供免费模型下载的内容，并且将三维模型按照行业的不同直接进行分类，比英文网站查找更加便捷和易于下载，如南极熊、三迪时空等，如图2-4所示，更多3D打印网站地址请参见附录B。
图2-4 我国三维模型网站分类查询
照片建模技术是指通过相机等设备对物体进行采集照片，经计算机进行图形、图像处理以及三维计算，从而自动生成被拍摄物体三维模型的技术。照片建模的优点是成本低，时间短，可批量自动化制作，模型较精准。使用傻瓜相机、手机或高级数码单反相机甚至无人机拍摄物体、人物或场景，可将数码照片迅速转换为三维模型。
相机阵列一般用于人像的三维模型采集，多个相机从各个角度将人体包围，采集之后就可以获得全方位的人体信息，再用专业软件进行合成，就可以得到一个极为逼真的人体模型，不仅仅用于3D打印，还可用于虚拟试衣等领域，我国应用这种技术在3D人像馆进行人像制作。
美国摄影师Jordan Williams几年前就开设了“Captured Dimensions”影楼，运用60台单反相机，360°全包围式拍摄，然后将照片在计算机中整合，再输出3D打印成模型，所耗时间大约为30min，而费用由445～2295美元不等，模型的大小在10cm左右，如图2-5所示。
图2-5 60台单反相机拍摄建模
与上面提到的专业相机阵列不同，最简单的拍照建模方法是利用AUTODESK公司出品的123D CATCH软件，从未接触过建模的人都能够使用照片创建一个3D打印数据模型，而且过程免费，建模过程如下：
1）首先使用者需要对一个物体进行360°的照片拍摄，照片越多，最后得到的数据模型就越精细。
2）通过网址http://123dapp.com/catch下载Autodesk 123D CATCH软件，安装后打开。使用者需要使用Autodesk账号登录，如果没有账号可以直接注册。
3）登录账号以后，在123D CATCH软件中，单击“Create a New Capture”（创建新的项目），如图2-6所示。
图2-6 创建新的项目
4）选中模型的所有照片，然后单击打开（注意由于123D CATCH是英文软件，所以软件安装路径一定不能用汉字，否则照片上传云计算时会发生错误）。
5）通过123D CATCH软件上传完图片后单击“Create Project”（创建项目），此时在弹出的对话框中填写三维模型的名称等信息，然后单击“Create”（创建）。
6）等待123D CATCH软件将照片转换成三维模型数据文件，可以下载或发送到用户邮箱。
3DCloud照片建模应用平台，和123D CATCH拍照方法相似，只需登录网站并将物体不同角度的照片上传至该平台，系统就会自动生成模型，操作简单，不受空间制约。
1）打开3DCloud平台照片建模平台，并在该网站上通过手机号码注册一个账号。
2）注册好并登录相应的账号后，进入会员中心界面，然后单击“我要合成”按钮。
3）之后页面会跳转到合成界面，在“任务名称”方框中填写用户所给模型取的名称。
4）单击下面的“增加文件”按钮，选择要上传的一组相片，其中上传的相片数目为1～100张，相片为JPG格式。
5）等待相片上传完后成，单击“新建任务”按钮即可，最后是等待平台对模型的合成。平台界面如图2-7所示。
图2-7 平台界面
无人机摄影测量技术（Photogrammetry），即利用无人机在空中拍摄多张照片，采用摄影测量技术将一系列二维图像转换成适合于建模或3D打印的3D网格对象。在无人机已经非常普及的今天，拍摄照片并上传进行云计算，可以通过123D CATCH或无人机公司提供的软件编辑后获得地形地貌、建筑和雕像三维模型（注意地形地貌航拍三维建模需要相关部门的审批，请勿私自尝试）。图2-8所示为正在拍摄的多轴旋翼无人机。
国外艺术家利用我国无人机公司的无人机，以25m的距离为半径，一边环绕耶稣的雕像进行飞行，一边在三个不同的高度上拍摄。最终的照片数量为110张，总耗时为10min。经无人机公司的Altizure软件编辑后，又使用Autodesk Memento软件创建了照片的点云，除去了多余的景物之后，留下的就是耶稣像的网格3D模型，最终可以通过3D打印技术打印出来，如图2-9所示。
图2-8 正在拍摄的多轴旋翼无人机
图2-9 航拍耶稣塑像并3D打印
在线网页建模相比专业软件建模也较为简单，打开浏览器中的建模网页，按照网页上的工具条操作就可以轻松建模，并将数据模型导出，几个代表性的建模网页如下：
3DTin是一个使用WebGL技术开发的三维网页建模工具，打开链接http://www.3dtin.com/，可以在浏览器中（有的浏览器版本不支持）创建自己的3D模型。3DTin内置多种模型素材，用户可以制作简单的模型。制作完成后，3DTin还支持用户将制作好的模型文件导出，可以导出标准的STL、OBJ模型文件格式，除此之外，用户也可以在线保存，不过需要注册账户，同时保存的模型文件也可以分享给其他人，界面如图2-10所示。
图2-10 3DTin网页界面
3DSLASH是简便实用的网页建模软件，使用方法类似俄罗斯方块，用网页上的锤子等工具雕琢立体方块来形成模型，完成后的三维模型既可以在网络上共享，又可以导出STL格式的数据文件进行打印。更为有趣的功能是，软件中的VR模式让用户能够在建模过程中随时全方位查看自己的作品，网页地址如下https://www.3dslash.net/slash.php，网页界面如图2-11所示。
图2-11 3DSLASH界面
Eopoly在线3D建模制作平台是一个通过WEB平台制作3D雕塑的应用站点，提供免费、易用、有趣的3D雕塑应用程序，采用云计算模式使用相当流畅，Leopoly创作出了一种全新的3D打印创作模式。网页地址：https://leopoly.com/。
3DVIA Shape是一款在线3D建模应用程序。通过它可以创建多种模型，如房屋、艺术品等。还可以使用颜色、真实的纹理或自定义的纹理来绘制这些模型。使用Remix功能可以搜索和导入3DVIA内容库中其他用户创建的模型，这样无须建模就能创建一个完整的场景。网页地址：https://3dvia-shape.en.softonic.com/。
无论用户3D水平如何，使用3DVIA Shape进行3D设计都是十分轻松的。非常适合初学者，同时也为专业人士提供了强大的功能。界面如图2-12所示。
图2-12 3DVIA Shape界面
网页上具有方块世界、浮雕工匠、立体绘图和魔术照片简单的在线建模功能，使用者可以用类似俄罗斯方块的方式进行堆砌物体，也可以拖入照片，快速做出浮雕效果或者立体效果，注册用户后可保存文件并进行打印。
网页地址：http://www.x-teach.com/static/lp/online-tools.html。
魔猴网是我国一款3D打印云平台，综合了3D格式转换、2D转3D、照片浮雕、涂鸦变3D、立体文字、STL文件修复和模型定制器等在线3D工具，用户可以利用这些基本的功能来使自己的涂鸦、照片和文字等变成3D打印的模型，并可以在线打印或者导出3D打印模型文件。网页地址：http://www.mohou.com/tools，如图2-13所示，网站提供的3D打印相关工具和基本功能。
图2-13 魔猴网
用户在手机应用市场搜索“爱陶艺”下载安装后，进行联网操作，设计数据都在云端永久保存，下单后APP会通过云计算功能自动检索到用户作品的三维数据，通过三迪时空的物联互通智能制造云平台传输至3D彩色打印机完成打印生产，然后把实物快递给用户。界面如图2-14所示。
图2-14 陶艺3D打印APP界面
西班牙设计师Bernat Cuni推出了Crayon Creatures（https://www.crayonc reatures. com/）的服务，可以将孩子的信手涂鸦变成3D打印彩色实物的在线平台，是利用绘制轮廓线的做法创建一个3D空间形态，完成图样制作之后，将孩子上传的各种涂鸦转换为空间形态，使用3D打印方法制作出实物后寄给用户。这样既可以给孩子一个惊喜，同时做成真实的雕塑，永久珍藏，又可以成为孩子一生记忆的财富。打印的模型如图2-15所示。
图2-15 Crayon Creatures制作的模型玩具
Shapeways（https://www.shapeways.com/）是一家总部位于荷兰的在线3D打印平台，它利用3D打印技术为客户定制他们设计的各种产品，包括艺术品、首饰、iPhone手机壳、小饰品、玩具和杯子，还为客户提供了销售其创意产品的网络平台。该平台上云集了超过2万家的3D店铺，陈列着各种新奇、趣味的原创作品。在Shapeways网站上每个人都可以开店，与我国的淘宝十分相似。对于每一个在线售出的3D打印制品，Shapeways也将根据材料、大小以及3D打印对象的复杂程度，收取一定的佣金。如图2-16所示，Shapeways在线3D打印平台界面。
图2-16 Shapeways在线3D打印平台界面
我国专为新手和对建模要求不高的玩家设计的3D建模云平台，具备雕刻大师、模型定制器、方块世界、打印照片、手绘线条、立体文字和图片印章等在线建模功能。使用者仅需选择一个模板，花几分钟时间进行自定义操作，然后打印便可将想象变成触手可及的实物。网页地址http://www.dayin.la/apps/index.html。
阿祖拉云平台除了提供在线打印服务和在线定制外，在线建模板块可以提供立体文字、立体绘图、立体图片、创意印章、创意徽章和卡通模具等功能，网页地址https://www.azura3d.com/onlinetools。
逆向工程（Reverse Engineering，RE）是将目标三维实体通过相关的数据采集转变为概念模型，并在此基础上进行后续创作，又称为反向工程或反求工程。
逆向工程主要包括：采集数据、处理数据、重构曲面和三维建模。首先处理采集到的数据，而后对处理完的有限点云数据进行曲面重构和三维建模。数据采集的主要方法包括：三坐标测量仪法、激光三角形法、投影光栅法、CT（Computed Tomography）扫描、核磁共振法（Magnetic Resonance Imaging，MRI）以及自动断层扫描法。
CT扫描是医疗上通过逐层扫描物体来获取截面数据的，然后将CT扫描得到的DICOM数据导入Mimics、Geomagic、Imageware、Surfacer等软件中进行设计优化，最后根据所建模型的用途输出相应的格式文件。当利用Surfacer软件进行优化设计时，利用鼠标对图像进行切割，提取外形轮廓，而后进行相关的设计处理，最终输出相应的数据文件格式，一般为STL格式。核磁共振技术主要是基于拉莫尔定理，从测得的信号中对某种参数及其相关的图像进行重现恢复。自动断层扫描法是通过对样件进行逐层的机械式切削来自动摄取每一层轮廓影像，再通过对轮廓影像进行分析来提取相应的轮廓数据。
3D打印最直接的模型获取方式是3D扫描，3D扫描又称为三维扫描，是利用三维扫描仪这一科学仪器来对物体或环境进行侦测并分析，得到物体的一系列数据，然后这些搜集到的数据将被用于三维重建计算，并在计算机中模拟建立出实际物体的模型。对现有的模型进行三维扫描——逆向进行模型获取的方式，如图2-17所示，已经在文物保护和古生物化石的保护、医学、设计、工艺制造等方面获得了进展，在工业逆向工程方面有很广阔的应用。
图2-17 利用3D扫描仪扫描古文物
正向设计是指通过三维设计软件进行的设计，这是最重要、应用最广泛的数据来源。3D打印使用的软件设计方法主要分为实体建模和曲面建模。实体建模一般适用于制造领域和工业设计，主要是对形状规则的物体进行建模，对于形状不规则的、精细的、复杂的设计有些不能胜任，如设计复杂的动漫形象，而曲面建模正好相反。一般的设计软件都是综合这两种建模方法来得到最理想的设计效果。
目前，各类商业化的3D设计软件已得到广泛应用，其大致可以分为两类：行业性3D设计软件和通用全功能性3D设计软件。
（1）Solidworks Solidworks属于法国达索（Dassault SystemesS.A）公司，Solidworks帮助设计师减少设计时间，增加精确性，提高设计的创新性。能保存的文件格式有*.slprt、JPEG、STEP、IGES、PART等。
（2）CATIA CATIA也属于法国达索（Dassault SystemesS.A）公司，是高端的CAD/CAE/CAM一体化软件。生成的文件格式为IGS、Part、Model、STL、IGES、CATPart、CATProduct等。
（3）UG UG（UnigraphicsNX）是Siemens公司出品的一款高端软件，目前已经成为模具行业三维设计的主流应用之一。能输入和输出的文件格式有PRT、Parasolid、Step、IGES等。
（4）AutoCAD AutoCAD是Autodesk公司的主导产品，用于二维绘图、详细绘制、设计文档和基本三维设计，现已经成为国际上广为流行的绘图工具。
（5）Pro/E Pro/Engineer（简称Pro/E）是美国PTC公司研制的由设计至生产的机械自动化软件，文件格式有IGES、ACIS（.sat）、DXF、VDA、SET、STEP、STL、VRML、I-DEAS（.mfl和.pkg）等。
（6）Cimatron Cimatron是以色列Cimatron公司（现已被美国3DSystems收购）开发的软件。该系统提供了灵活的用户界面，主要用于模具设计、模型加工，在国际模具制造业备受欢迎。
（1）3DS Max 3D Studio Max，简称为3DS Max，是当今世界上销售量最大的三维建模、动画及渲染软件。
（2）Maya Maya是世界顶级的三维动画软件，应用对象是专业的影视广告、角色动画和电影特技等。3DS Max和Maya现都已被美国Autodesk（欧特克）公司收购，成为Autodesk3D打印行业布局的一部分。
（3）Rhino Rhinocero简称为Rhino，又叫作犀牛，它的基本操作和AutoCAD有相似之处，其设计和创建3D模型的能力是非常强大的，特别是在创建NURBS曲线曲面方面功能强大。
（4）Cinema 4D Cinema 4D（C4D）是德国Maxon公司的3D创作软件，在苹果机上用得比较多，特别是在欧洲、美国、日本为最受欢迎的三维动画制作工具。
（5）SketchUp SketchUp主要的特点就是使用简便，人人都可以快速上手。并且用户可以将使用SketchUp创建的3D模型直接输出至Google Earth里，是三维建筑设计方案创作的优秀工具。
（6）Poser Poser是Metacreations公司推出的一款三维动物、人体造型和三维人体动画制作的极品软件。Poser能为三维人体造型增添发型、衣服和饰品等装饰，让人们的设计与创意轻松展现。
（7）Blender Blender是一款开源的跨平台全能三维动画制作软件，提供从建模、动画、材质、渲染到音频处理、视频剪辑等一系列动画短片制作解决方案。
（8）FormZ FormZ是一个备受赞赏，具有很多广泛而独特的2D/3D形状处理和雕塑功能的多用途实体和平面建模软件。
（9）Light Wave 3D美国NewTek公司开发的Light Wave 3D是一款高性价比的三维动画制作软件，它的功能非常强大，是业界为数不多的几款重量级三维动画软件之一。
（10）Mudbox Mudbox是ZBrush的直接竞争对手。和ZBrush相类似，直接将黏土雕刻的概念纳入3D建模软件的领域。
（11）Inventor Autodesk Inventor是由Autodesk开发的用于创建数字机械固体原型的3D建模软件。它使用户能够生成准确的3D模型，以帮助在构建产品之前设计、可视化并模拟产品。
（12）Fusion 360 Fusion 360是具有专业功能的3D CAD/CAM软件工具，和其他专业的建模软件相比更加人性化。涵盖了规划、测试和执行3D设计的整个过程。
（13）ZBrush美国Pixologic公司开发的ZBrush软件是世界上第一个让艺术家感到无约束自由创作的3D设计工具。在第3章中将会以ZBrush软件为例，详细介绍ZBrush软件3D打印建模的方法。
（1）Anim8or Anim8or是一款三维建模和人物动画程序，允许用户创建和修改3D模型与内置的模型，如瓶子、几何体，可以实现挤压、拉伸和扭曲等多种动作。
（2）TopMod3D TopMod3D是一款开源、平台独立的3D建模制作软件，用户能够轻松创建多类、多层和多方位网格，也可以创建实体模型，利用各种原型来实现快速成型。
（3）Seamless 3D Seamless 3D是一款开源3D建模软件，具有强大的无缝贴图制作功能。
（4）3D Canvas 3D Canvas是一款功能强大的3D建模与动画创作工具，简单易上手。用户可以通过导入各种简单的3D模型来创建复杂模型。
（5）FreeCAD FreeCAD是一款通用开源的3D建模软件，既能用于机械工程与工业产品设计，也能应用于建筑等领域。
（6）K-3D K-3D是基于GNU/Linux和Win32的一套三维建模、动画和绘制系统，可用于3D动画制作与渲染。
（7）Zmodeler 2 Zmodeler2是一款常用的3D建模工具，它能够创建各种复杂的模型，它主要可用于计算机游戏模型的制造。很多游戏爱好者都倾向于用这款工具来制作游戏模型。
（8）Wings 3D Wings 3D是一款开源的3D建模软件，适合创建细分曲面的模型。
（9）FaceGen Modeller FaceGen Modeller是一款制作参数化3D人像的工具。它带来了角色建模的全新概念，数字人物、动物、植物都可以用参数来制作。
（10）Autodesk Maya Complete Autodesk Maya Complete具有3D动画、建模、模拟和渲染等功能，可以为设计人员提供一套完备的创意工具。软件功能完善，易学易用，渲染真实感极强。
（11）3DPlus2 3DPlus2是一款功能强大的3D设计软件，用户无须进行复杂的操作，就可以创建优秀的3D模型。即使用户没有任何经验，也可以快速上手。
（12）EDrawings EDrawings可以查看、发布、共享和存档2D和3D产品设计数据。可以利用快速、可靠且方便的eDrawings文件，准确展现CAD软件所创建的3D模型。
（13）Art of iIIusion Art of iIIusion是一款使用Java语言编写的开源3D建模和渲染软件，可以创建高质量的3D模型，极具真实感，还可以对带有纹理的材料进行编辑。
（14）LEGO Digital Designer LEGO Digital Designer是乐高公司推出的一款3D模型制作软件，操作也非常简单。程序中配备了各种乐高数字积木组，用户可以自由组合。
（15）OpenFX OpenFX是一个开源的三维建模、动画和渲染套件，包括了一个强大的渲染和光线跟踪引擎。
（16）Vue Pioneer Vue Pioneer为建模、动画和渲染等3D自然环境设计提供最高级的解决方案。
（17）CB Model Pro CB Model Pro的设计理念是能够直接对表面进行操作。这是一款科学而高效的3D建模软件，它能够同制作流水线完美结合。
（18）Design Workshop Lite Design Workshop Lite是一款在建筑设计上十分强大的3D建模软件，拥有独特的界面，简单易懂。
（19）BRL-CAD BRL-CAD是一款开源的跨平台辅助设计（CAD）系统。它可以进行几何编辑和几何分析，进行图像处理和信号处理，并且支持分布式网络。
（20）GDesign 2.0 GDesign 2.0是一款Windows下可以免费进行2D/3D艺术设计的应用程序。可以进行交互生成、测试和修改复杂的模型。
（21）Autodesk Softimage Mod Tool Autodesk Softimage Mod Tool是专为游戏开发者制作的3D建模软件。设计者可以随心所欲地创建3D人物、道具及卡通形象。软件还提供了互动性的界面，为设计者们准备了从创建人物开始的系统化教程。
（22）MeshLab MeshLab在3D建模和数据处理领域享有盛誉。它可以帮助用户处理在3D扫描时产生的典型无特定结构模型，还提供了一系列编辑工具，使用户能够清洗、筛选和渲染大型结构的三维三角网格。
此外，还有一些不太常见的获取3D打印文件的方法，比如第1章中提到的利用VR建模、脑波建模、从游戏中提取建模文件等方法。