飛行模擬--1.三維建模篇

以下文章來源：微信公眾號 無風夜雪

寫在開頭：本科的時候學的機械，喜歡畫圖，尤其愛好三維建模，慢慢學習到了3dsMax。當時窮書生一個，眼界也不夠開闊，只會傻傻的上圖書館借書借光碟學習。後來陰差陽錯去了一所航空院校讀研，當時老師有兩個方向：機械設計和飛行模擬。機械早已不陌生，老師的飛行模擬方向主要是編程，因為『出身問題』，很自然我就選擇了機械方向。大約過了幾個月，發現老師的機械課題很一般，也不是老師的重點，對飛行模擬也有了點了解，需要三維建模+編程，心中的那點小火苗早就按捺不住，遂開始了近三年的編程生涯。一個非科班出生的去編程一般人看來是個難事，幸賴本科時有較好的C語言基礎和三維建模經歷，三年下來在旋翼機的飛行模擬方面也算漸入佳境,與飛行模擬結下了不解之緣。個人原因，對於工作方向我毅然決然的放棄了繼續從事編程的工作，每及於此，老師都頻頻嘆息。想起當日所學只能塵封與一塊硬碟之中，不免生出悲涼太息。還是分享與人，雖然不能夠『為往聖繼絕學，為萬世開太平』，能惠及一二就知足了。今天開始，系列推出飛行模擬（旋翼類）相關文章，以饗大家。

1.關於軟體。巧婦難為無米之炊。對於開發3D等虛擬現實程序無不需要三維模型作為素材，飛行模擬也不例外，大量的氣動計算數據最終就是為驅動這些三維模型而存在的。好的三維模型能增加用戶的沉浸感，給人以視覺的享受。當前三維軟體層出不窮，既有商業級的3ds MAX、MAYA、Creator，也有免費使用的Blender、MilkShape。個人覺得還是3ds MAX專業，後期數據導出介面也比較完善，主要簡介基於3ds MAX的飛機建模方法，觸類旁通。

2.關於藍圖。用再多的語言文字描述3D模型的原理或方法都顯得力不從心，這方面專業的教材和視頻不可勝數，此不贅述，在此簡要介紹飛行器的建模方法。飛行模擬的三維模型主要有飛行器、機場建築等。和大多數虛擬現實中使用的模型一樣，並不需要CAD級別的精度，一般是下載一些圖片或飛機整體藍圖作為藍本，採用多邊形建模的方法分部建模。藍圖下載網址首推：

http://www.the-blueprints.com/

這裡免費提供各種汽車、國內外飛機、船舶的三視圖圖紙下載。

3.多邊形建模。採用下載的藍圖，作為貼圖放置在相應的投影平面上，然後採用多邊形建模的方法畫出各部分細節。多邊形建模的思想就是採用一個諸如一個最接近的多邊形，進行點線面的操作就可以繪製出複雜的飛機外形。第一次看到這種操作時真是震驚了，這在我之前學過的所有課本里都沒有介紹過。多邊形建模從最基本的外形開始變形，可以從點線面及整體四個級別的操作，在越需要突出外形細節處用越多的點，通過建立網格模型，然後使用網格平滑功能生成平滑的曲面模型。建模時不能有重複的點線面等幾何體，否則即使表面上已經貼好了材質，但載入程序後，往往會因為Z向深度衝突的原因產生閃爍效果。其細節取決於您的需求，需要花費大量的時間。這在市場上稱之為『美工』，但在學校有學生似乎就夠了。

4.貼圖。真實世界的模型帶有各種彩色並具有光澤度。完成了幾何體的建模對於一個模型來說只完成了一小半工作，還需要給模型添加材質。與一般的模型不同，飛行器出於氣動設計的考慮，其表面模型一般成流線型的曲面，且部件組成複雜，界線較難區分，即使是UVW貼圖也難以勝任。因此，對飛行器的貼圖主要採用3ds MAX的UVW展開貼圖技術貼圖。一個模型最好只有一個貼圖，因為貼圖數目過多零散會影響計算機載入三維模型時間和效率。因此，一般將整個模型各個部件組合為一個多邊形，各部件為元素，待完成UVW貼圖後再分離成單獨的部件。UVW展開貼圖有多重形式，如長方體展開（即按六個視圖投影）、平面展開等，按需選擇。在一張貼圖上展開整個模型的UV坐標顯然是有限的，需要根據現實精度調整各個部分的貼圖大小。保存這些展開的貼圖坐標並渲染輸出UV模板圖像文件。UV模板圖像其實就是整個模型的貼圖的界線圖像，通過Photoshop等圖像處理軟體處理，採用儘可能真實的圖像放置在對應的區域。最後將材質賦給對象即完成貼圖渲染。關於貼圖，推薦觀看國外Boeing 727 的貼圖教材，裡面有關於Photoshop貼圖渲染的方法。

www.pxleyes.com/tutorial/3ds-max/2677/How-To-Model-and-Texture-a-Boeing-727-Airline.html

5.數據導出。直接採用3ds MAX繪製的三維模型當然是*.max格式，它不能為外界程序讀取。這時就需要根據自己的開發環境選擇導出的數據格式，比如用開源的OSG做模擬開發，就需要OSGExp插件的支持，導成*.ive、*.osg、*.osgb等格式即可。但無論導出何種格式，切記保證模型質心與建模的原點不能相差不遠，還要注意光照、貼圖格式以及單位問題。

如果您確實對飛行器的三維建模感興趣，強烈推薦到如下網址觀看視屏教程，是國外一個CG大師（個人覺得）創作的：一個是Mig-29的詳細建模教程，一個直升機的詳細建模教程。

http://www.pxleyes.com/tutorial/3ds-max/2662/How-To-Model-a-Mig-29-UB-Fighter-Jet.html

http://www.pxleyes.com/tutorial/3ds-max/2649/How-To-Model-a-Eurocopter-Helicopter.html

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