【文章內(nèi)容簡(jiǎn)介】 ，美國(guó) Autodesk 公司的 3DS 三維動(dòng)畫(huà)軟件幾乎壟斷了 PC 機(jī)三維動(dòng)畫(huà)的市場(chǎng)。 1994 年 用 1． 3 億美元收購(gòu) Softimage 公司， 1995 年推出基于 NT 平臺(tái)的 SOFTIMAGE3D3． 0 版本，激蕩了三維動(dòng) 畫(huà)領(lǐng)域。迫于壓力，為了維護(hù) 3DS 在三維動(dòng)畫(huà)領(lǐng)域的霸主地位， 在 1997 年 8 月 4 日 的時(shí)候 ， Kiix公司推出 3DS 的 WindowsNT 版本 3DSMAX1． 0。這個(gè)版本在操作界面、組織結(jié)構(gòu)和功能上都有質(zhì)的飛躍，獲得了巨大的成功。 1998 年， Maya、 Alias、 Houdini相繼在 NT 平臺(tái)上出現(xiàn)。同年， Autodesk 公司奮起迎擊，推出偏重于建筑設(shè)計(jì)的3DSMAXVIZ 版本，該版本實(shí)際是在 3DSMAX 的基礎(chǔ)上進(jìn)行一些增減，增加一些與建筑有關(guān)的模塊，刪去一些動(dòng)畫(huà)功能。隨著三維軟件應(yīng)用的迅速普及，小型三維軟件也如 雨后春筍般涌現(xiàn)出來(lái) 。 （二） 3D軟件的分類(lèi) 3D 動(dòng)畫(huà)軟件可以按軟件功能的復(fù)雜程度分為小型、中型、大型三類(lèi)。 小型軟件 整體功能較弱，或偏重某些功能，學(xué)習(xí)相對(duì)容易。小型軟件很多，常見(jiàn)的、有特殊功能的軟件如下： 機(jī)器人的設(shè)計(jì)與控制 —— 設(shè)計(jì)建模部分 5 Poser：快速制作各種人體模型。通過(guò)拖動(dòng)鼠標(biāo)可以迅速改變?nèi)梭w的姿勢(shì)，還可以生成簡(jiǎn)單的動(dòng)畫(huà)。 Rhino：三維造型軟件，長(zhǎng)于 NURBS 曲面造型，能以三維輪廓線(xiàn)建立模型。 Cool3D：專(zhuān)用于立體文字制作的軟件，可提供很多背景圖和動(dòng)態(tài)，很容易上 手。 LightScape：渲染專(zhuān)用軟件，只能對(duì)輸入的模 型進(jìn)行渲染，能進(jìn)行材質(zhì)燈光的設(shè)定，采用光能傳遞算法，是最好的渲染器。多用于室內(nèi)外效果圖的渲染。目前為 3． 2 版本。 Bryce3D：長(zhǎng)于自然景觀如山、水、天空的建造，效果很好。 中型軟件 3DSMAX：功能強(qiáng)大、開(kāi)放性好，集建立模型、材質(zhì)設(shè)置、攝影燈光、場(chǎng)景設(shè)計(jì)、動(dòng)畫(huà)制作、影片剪輯于一體。 LightWave3D：功能強(qiáng)大、質(zhì)感細(xì)膩、界面簡(jiǎn)捷明快、易學(xué)易用、渲染質(zhì)感非常優(yōu)秀。目前版本為 5． 6c。 大型軟件 SOFTIMAGE 3D：功能極其強(qiáng)大、長(zhǎng)于卡通造型和角色動(dòng)畫(huà)、渲染效果極好，是電影制作不 可缺少的工具，國(guó)內(nèi)許多電視廣告公司都使用它制作電視片頭和廣告。 MAYA：功能比 SOFTIMAGE 3D 更強(qiáng)大，但更難掌握。 HOUDINI：將平面圖像處理、三維動(dòng)畫(huà)和視頻合成有機(jī)結(jié)合起來(lái)。 三維動(dòng)畫(huà)軟件呈現(xiàn)一片百花齊放、百家爭(zhēng)鳴的繁榮景象，很多都是功能強(qiáng)大的精品。 （三） 3D軟件的應(yīng)用 機(jī)械制造：利用三維動(dòng)畫(huà)研究機(jī)械零配件的造型，模擬它們運(yùn)行時(shí)的工作情況。 建筑裝潢設(shè)計(jì)：以三維的形式展現(xiàn)建筑物和室內(nèi)外裝潢的效果。不僅快捷方便，還能完整預(yù)覽建筑物的各個(gè)角度的效果，且透視十分精確。 機(jī)器人的設(shè)計(jì)與控制 —— 設(shè)計(jì)建模部分 6 商業(yè)產(chǎn)品造型和包裝設(shè)計(jì) ：比如瓶子、盒子、玩具等的設(shè)計(jì)，可以對(duì)包裝品的外觀形態(tài)、色彩圖案等進(jìn)行設(shè)計(jì)。 影視和商業(yè)廣告：很多電視欄目的片頭是用 3DSMAX 制作的，更多的產(chǎn)品廣告、房地產(chǎn)廣告等都可以用 3DSMAX 來(lái)制作。 電腦游戲和娛樂(lè)：優(yōu)美的動(dòng)畫(huà)畫(huà)面和游戲程序同樣重要。 其他：生物化學(xué)中用于生物分子之間的結(jié)構(gòu)組成的研究，軍事科技中可用于飛行員的模擬飛行、導(dǎo)彈飛行的動(dòng)態(tài)研究，在醫(yī)學(xué)中可以形象地演示人體內(nèi)部組織等等 。 其中， 3DSMAX 是一款 功能強(qiáng)大、開(kāi)放性好 的 3D 軟件。本課題使用 3ds max來(lái)完成機(jī)器人的建模。 二、 交互軟件介紹 本課題使用 cult3d 軟件實(shí)現(xiàn)機(jī)器人的交互控制。 交互技術(shù)是 一種將文字與漂亮可人的畫(huà)面、生動(dòng)的二、三維動(dòng)畫(huà)、優(yōu)美的配音配樂(lè)、影視視頻、計(jì)算機(jī)編程等技術(shù)融于一體的 計(jì)算機(jī)技術(shù)。本課題使用 cult 3d 軟件完成機(jī)器人的交互設(shè)計(jì)。 Cult3D 是 Cycore 公司的一個(gè)面向電子商務(wù)的交互三維軟件，主要應(yīng)用于主流操作系統(tǒng)和應(yīng)用程序的交互三維渲染軟件，使用 Cult3D 技術(shù)，用戶(hù)可 以在線(xiàn)瀏覽、觀察可交互的三維產(chǎn)品模型，同時(shí) Cult3D 文件可以應(yīng)用于網(wǎng)頁(yè)、 Office文檔、 Acrobat 文檔以及支持 ActiveX 的開(kāi)發(fā) 語(yǔ)言如 VB 等。對(duì)于協(xié)助電子商務(wù)提高銷(xiāo)量，增強(qiáng)銷(xiāo)售時(shí)的產(chǎn)品描述效果以及做好售后服務(wù)都是很有幫助的。它在低帶寬的連接上提供了高品質(zhì)的渲染技術(shù)，而這對(duì)于知名 公司的市場(chǎng)運(yùn)作非常重要例如：鐘表，電子消費(fèi)品等。 僅通過(guò)使用鼠標(biāo)，用戶(hù)就可以旋轉(zhuǎn)和縮放產(chǎn)品的 Cult3D 模型并從可從任意角度觀察；通過(guò)點(diǎn)擊模型的功能按鈕就可以開(kāi)啟產(chǎn)品的部件，移動(dòng)部件，在顯示 /菜 單系統(tǒng)中漫步，也可以?xún)A聽(tīng)優(yōu)美的音樂(lè)和清晰的解說(shuō)。 此外， Cult3D 可以讓用戶(hù)在線(xiàn)配置產(chǎn)品。通過(guò)使用 Cult3D，客戶(hù)可以允許自主的組合部件，選擇顏色和添加可選件 ,并可獲得迅速的視覺(jué)反饋。同時(shí)他們的選擇可以被存儲(chǔ)并作為給后來(lái)客戶(hù)的個(gè)性化配置的服務(wù)。 機(jī)器人的設(shè)計(jì)與控制 —— 設(shè)計(jì)建模部分 7 2021 年 2 月 15, 2021 Cycore,公司發(fā)布了 Cult3d 的 版本提了一系列更方便的交互特性，制作更容易，下載速度更快 。 在新版本中主要提升體現(xiàn)在 Tooltips和 Cult Objects (CO). Tooltips 讓設(shè)計(jì)師能夠在 3d 對(duì)象上出現(xiàn)提示文字 , 讓用戶(hù)在觀看 3d 物體的時(shí)候更好的知道他們可以如何行事。 新的 Cult Objects (.CO) 允許開(kāi)發(fā)者導(dǎo)入和合并獨(dú)立的 .CO 文件到 別的 .CO文件中 . 這意味著擁有多物體 (.CO)的 3D 環(huán)境可以打散成為多個(gè)獨(dú)立文件 這樣可以帶來(lái)更小的文件尺寸和下載速度。在此之前， 3D 環(huán)境重的所有物體，比如房間和他里面的家具，必須保存在一個(gè)巨大的 .CO 文件中?，F(xiàn)在 ,房間和里面 的每件家具都可以有自己的 Co 文件并且元素可以在用戶(hù)動(dòng)作比如鼠標(biāo)單擊之類(lèi)調(diào)用他的時(shí)候才裝入。這個(gè)改進(jìn)將意味著用戶(hù)更快的裝入和設(shè)計(jì)師更快的建立場(chǎng)景。 同時(shí)新版 Cult3D 對(duì) Intel Pentium 4 進(jìn)行了優(yōu)化 . 借助 Intel 處理器的強(qiáng)大處理能力，可以加速多邊形的渲染，同 樣加快 Cult3D 模型更快出現(xiàn)，圖像質(zhì)量也更高。 伴隨著新特性 ,例如 Tooltips 和 Cult Objects 文件 , Cult3D 加強(qiáng)了自己在電子商務(wù)的交互三維軟件的領(lǐng)導(dǎo)地位?？梢栽?Cult3D 對(duì)象和 JavaScript之間進(jìn)行通信。開(kāi)發(fā)者現(xiàn)在可以使用熟悉的 Web 用戶(hù)界面例如按鈕和下拉列表框控制 Cult3D 對(duì)象的外觀和 行為。同樣的 , Cult3D 對(duì)象可以被設(shè)定為接受JavaScript 事件，例如當(dāng)一個(gè)對(duì)象的某些部分被用戶(hù)單擊的時(shí)候觸發(fā)動(dòng)作。例如用戶(hù)可以在頁(yè)面上選擇輪子來(lái)切換相應(yīng)的車(chē)輛。 同時(shí) Cult3D 支持世界上的主流三維建模工具例如： Discreet 公司的 3ds Max, Alias|Wavefront公司的 Maya, Realviz 公司專(zhuān)為 Cult3D開(kāi)發(fā)的 Image Modeler等； 使用 Cult3D 的設(shè)計(jì)工具，復(fù)雜的產(chǎn)品動(dòng)作和用戶(hù)交互可以輕松的添加； Cult3D 的內(nèi)建產(chǎn)品配置特征能夠用于開(kāi)發(fā)用戶(hù)自主的三維產(chǎn)品配置解決方案，例如：用戶(hù)可以選擇一間房間，然后往里面添置家具并可以瀏覽三維的最終效果； Cult3D 支持標(biāo)準(zhǔn)的后端系統(tǒng)和數(shù)據(jù)庫(kù)界面，允許產(chǎn)品配置人員在線(xiàn)實(shí)施并和現(xiàn)有的數(shù)據(jù)庫(kù)連接 。產(chǎn)品屬性，選件和價(jià)格的改變都可以立刻在頁(yè)面上顯示并且這些用戶(hù)配置可以存儲(chǔ)到數(shù)據(jù)庫(kù)中以供后來(lái)的用戶(hù)參考； Cult3D 利用多重信息簡(jiǎn)化和壓縮技術(shù)來(lái)降低 Cult3D 的文件大小使其適合于低帶寬的連接 ； 機(jī)器人的設(shè)計(jì)與控制 —— 設(shè)計(jì)建模部分 8 Cult3D 可以嵌入到 HTML頁(yè)面，微軟辦公系列和 PDF 文檔中； Cult3D 是一種基于軟件的渲染引擎可以在多數(shù)的主流平臺(tái)上運(yùn)行并且在所有的平臺(tái)上都保持很高的渲染速度和品質(zhì)。 Cult3D 的技術(shù)優(yōu)勢(shì) ： Cult3D 支持世界上的主流三維建模工具例如： Discreet 公司的 3ds Max, Alias（ Wavefront）公司的 Maya, Realviz 公司專(zhuān)為 Cult3D 開(kāi)發(fā)的Image Modeler 等； Cult3D 支持標(biāo)準(zhǔn)的后端系統(tǒng)和數(shù)據(jù)庫(kù)界面，允許產(chǎn)品配置人員在線(xiàn)實(shí)施并和現(xiàn)有的數(shù)據(jù)庫(kù)連接。產(chǎn)品屬性，選件和價(jià)格的改變都可以立刻在頁(yè)面上顯示并且這些用戶(hù)配置可以存儲(chǔ)到數(shù)據(jù)庫(kù)中以供后來(lái)的用戶(hù)參考； Cult3D 利用多重信息簡(jiǎn)化和壓縮技術(shù)來(lái)降低 Cult3D 的文件大小使其適合于低帶寬的連接 ； 可以嵌入到 HTML頁(yè)面，微軟辦公系列和 PDF 文檔中； Cult3D使用 java 編寫(xiě)的引擎，可以調(diào)用 java 的 class 實(shí)現(xiàn)只 有在 java3D/GL4java 中才能表現(xiàn)的效果 ——實(shí)時(shí)陰影、頂點(diǎn)級(jí)動(dòng)畫(huà)（ Vector）、矩陣級(jí)動(dòng)畫(huà)（ Matrix）、碰撞檢測(cè)（ collision detection） 。 機(jī)器人的設(shè)計(jì)與控制 —— 設(shè)計(jì)建模部分 9 三、 項(xiàng)目設(shè)計(jì)的流程圖 本項(xiàng)目先使用 3ds max 軟件實(shí)現(xiàn)機(jī)器人的建模，再使用 cult 3d 來(lái)實(shí)現(xiàn)機(jī)器人的交互設(shè)計(jì)，其中部分交互設(shè)計(jì)的動(dòng)作會(huì)通過(guò) Java 語(yǔ)言來(lái)實(shí) 現(xiàn) 。 流程圖如下所示： 機(jī)器人的設(shè)計(jì)與控制 —— 設(shè)計(jì)建模部分 10 第三章 機(jī)器人在 3ds max中的建模 本章主要介紹如何使用 3ds max 軟件來(lái)實(shí)現(xiàn)機(jī)器人的建模。 一、 3ds max軟件簡(jiǎn)介 （一） 3ds max軟件發(fā)展歷程 Autodesk 出品的一款著名 3D 動(dòng)畫(huà)軟件，是著名軟件 3d Studio 的升級(jí)版本。3DS MAX 是世界上應(yīng)用最廣泛的三維建模、動(dòng)畫(huà)、渲染軟件，廣泛應(yīng)用于游戲開(kāi)發(fā)、角色動(dòng)畫(huà)、電影電視視覺(jué)效果和設(shè)計(jì)行業(yè)等領(lǐng)域。 而在國(guó)內(nèi)發(fā)展的相對(duì)比較成熟的建筑效果圖和建筑動(dòng)畫(huà)制作中， 3DS MAX 的使用率 更是占據(jù)了絕對(duì)的優(yōu)勢(shì)。根據(jù)不同行業(yè)的應(yīng)用特點(diǎn)對(duì) 3DS MAX 的掌握程度也有不同的要求，建筑方面的應(yīng)用相對(duì)來(lái)說(shuō)要局限性大一些，它只要求單幀的渲染效果和環(huán)境效果，只涉及到比較簡(jiǎn)單的動(dòng)畫(huà)；片頭動(dòng)畫(huà)和視頻游戲 應(yīng)用中動(dòng)畫(huà)占的比例很大，特別是視頻游戲?qū)巧珓?dòng)畫(huà)的要求要高一些；影視特效方面的應(yīng)用則把 3DS MAX 的功能發(fā)揮到了極至。 3d Studio 最初版本由 Kiix 開(kāi)發(fā)，后為 Discreet 收購(gòu)， Discreet后又被 Autodesk 收購(gòu)。 最新版本是 Autodesk 3ds Max 2021，它新增了 3ds Max Composite 合成貼圖 等許多 工具 。 新的 3ds Max Composite 合成貼圖工具可支持動(dòng)態(tài) 高光 （ HDR）等 特效 ，該工具基于 Autodesk公司的 Toxik軟件。 Autodesk公司數(shù)字娛 樂(lè)部門(mén)的副總裁 Stig Gruman 表示： “我們推出 3ds Max2021 的首要目標(biāo)是要提升用戶(hù)日常創(chuàng)作工作的效率 .我們對(duì) 3ds Max2021 的核心部件進(jìn)行了重新設(shè)計(jì)，推出了新的基于節(jié)點(diǎn)的材質(zhì)編輯器工具，并為這款軟件加入了包括 Quicksilver 硬件渲染等許多新功能，在 3ds Max2021 的幫助下，3D 創(chuàng)作者將能在更短的時(shí)間內(nèi)創(chuàng)作出更高質(zhì)量的 3D 作品 。 （二） 3ds max 優(yōu)點(diǎn)及特點(diǎn) 選擇 3DSMAX。理由有三：第一、很多一流的三維動(dòng)畫(huà)軟件對(duì)硬件的要求很高，如 Sumatra，顯示器分辨率必須達(dá)到 12801024； Maya 則要求內(nèi)存至少有256MB。 3DSMAX 對(duì)硬件的要求相對(duì)較低，多數(shù)三維動(dòng)畫(huà)迷都有能力配置；第二、由于 3DS 的緣故，現(xiàn)在 3DSMAX 的使用者也最多，教材和其他學(xué)習(xí)資料多如牛毛，有利于自學(xué)；第三、 3DSMAX 除渲染質(zhì)感較差外，功能強(qiáng)大、插件眾多，可以制作廣播級(jí)的動(dòng)畫(huà)效果，對(duì)一般的廣告、游戲 等 的制作已完全可以勝任。 機(jī)器人的設(shè)計(jì)與控制 —— 設(shè)計(jì)建模部分 11 3DSMAX 的特點(diǎn)是： 功能強(qiáng)大，擴(kuò)展性好。建模功能強(qiáng)大、另外在角色動(dòng)畫(huà)方面具備很強(qiáng)的優(yōu)勢(shì)，外豐富的插件也是其一大亮點(diǎn) 操作簡(jiǎn)單，容易上手。與強(qiáng)大的功能相比， 3ds max可以說(shuō)是最容易上手的 3D 軟件 和其它相關(guān)軟件配合流暢 。 （三） 3ds max 應(yīng)用 電影作品 ： 著名的作品有加菲貓、特洛伊、蜘蛛俠 后天等等 。 游戲動(dòng)畫(huà) ： 主要客戶(hù)有 EA、 Epic、 SEGA 等，大量應(yīng)用于游戲的場(chǎng)景、角色建模和游戲動(dòng)畫(huà)制作 。 室內(nèi)設(shè)計(jì)：在 3DSMAX 等軟件中，可以制作出 3D 模型，可用于室內(nèi)設(shè)計(jì)，例如沙發(fā)模型、客廳模型、餐廳模型、臥室模型、室內(nèi)設(shè)計(jì)效果圖模型等等。 建筑動(dòng)畫(huà)：北京申奧宣傳片等。 二、 3ds max工作界面介紹 3ds max 是一個(gè)非常復(fù)雜的三維軟件，相對(duì)于其 他軟件， 3ds max 在對(duì)