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3D 基础知识

在 3D 建模的世界中，两种常用的 3D 数据表示方式是网格和 Splat。两者都提供了独特的方式来可视化和与 3D 环境交互，但它们在结构和应用方面有所不同。

本节介绍网格和 Splat 的基础知识，帮助你了解它们的区别以及如何使用各种程序来创建它们。无论你是想扫描真实世界的物体还是创建令人惊叹的 3D 环境，这些工具都能提供必要的功能，将你的想法变为现实。

基于网格的格式​

网格是 3D 物体的结构化表示，由顶点（空间中的点）、边（连接点的线）和面/多边形（通常是三角形或四边形，构成表面）组成。这些元素共同定义了物体的形状、表面细节和几何形状。

网格的对象

示例：网格​

你可以将网格比作编织：

  • 顶点 = 针脚
    编织中的每一个针脚就像网格中的一个点（顶点）。它位于特定位置，并与其他针脚相连。
  • 边 = 针脚之间的线
    连接针脚的线就像网格中的边。它们将结构连接在一起。
  • 面 = 织物片段
    当多个针脚连接在一起时，就会形成一片织物——就像网格中由边组成的面。

详细说明：

想象你正在编织一个小小的隔热垫方块：

  • 你从一排针脚（顶点）开始。
  • 你逐行编织，将针脚连接在一起（边）。
  • 最后，你得到一块连续的织物——它就像一个由许多小面组成的网格。

支持的文件格式：.glb、.glTF
验证创建文件的工具：https://gltf-viewer.donmccurdy.com/

Splat​

这种技术主要被称为 3D Gaussian Splatting（3DGS）。它是一组微小的 3D 高斯体（椭球形状），存储了位置（X、Y、Z）、形状和方向、颜色（rgb）以及 alpha 值（Splat 的不透明度/透明度）。这些高斯体共同形成一种云状效果，看起来像是物体或环境的表面。换句话说——你使用的是体积数据，而非将数据转换为表面和边。

示例：Gaussian Splatting​

你可以把 3D Gaussian Splatting 想象成创作涂鸦壁画——不是在平面墙壁上，而是漂浮在 3D 空间中。

  • 每个高斯体 = 空气中的一次喷漆
    就像你按下喷罐快速喷出一团，一个 Gaussian Splat 就是一个从中心向外平滑衰减的柔和彩色点。
  • 位置（X、Y、Z）= 喷漆在 3D 空间中的落点
    每次喷漆都发生在空间中的特定点，就像在半空中喷了一个点。
  • 形状和方向 = 喷漆的扩散和角度
    如果你倾斜喷罐或从远处喷射，点会被拉伸或倾斜。在 3DGS 中，这是一个椭球形高斯体——它可以被压扁、拉伸或朝向任何方向。
  • 颜色（RGB）= 你使用的油漆颜色
    每次喷漆都携带颜色信息——红、绿、蓝——就像油漆一样。
  • Alpha（透明度）= 油漆密度
    在中间，颜色最为浓实。它向边缘逐渐衰减。这种衰减就像 Splat 的不透明度。

详细说明：

现在想象通过在空间中喷射数千个微小的半透明点来创建一个雕塑：

  • 每次"喷射"都贡献了一点颜色和密度。
  • 它们共同形成一种看起来像你试图描绘的物体的云状效果。
  • Splatting 使用这些漂浮的彩色喷射点来描绘世界。

支持的文件格式：.ply、.spz、.splat

网格与 Splat 对比​

类别网格Splat
是什么由点、边和表面/多边形构成的 3D 形状空间中彩色 Splat 组成的云，有时略显模糊
数据结构有序的、连接的几何体松散的、不连接的 Splat
如何创建手工建模或来自 CAD/扫描通常来自照片、3D 扫描或相机数据
可编辑性容易修改、制作动画或塑形难以编辑或制作动画
纹理贴图使用 UV* 贴图和材质颜色直接存储在每个 Splat 中
用途游戏、动画、建筑、3D 打印真实世界扫描、VR/AR、逼真的场景
真实感良好——取决于纹理和细节非常高——非常适合扫描的真实世界场景
文件大小通常较小——取决于使用的三角形/顶点数可能较大，因为包含大量 Splat

*UV 贴图是一种将 2D 纹理（例如图片）分配到表面的技术。我们在每个空间内部也使用同样的技术——当你为墙壁或舞台上传图片时，我们像皮肤一样将图片覆盖在物体上。

警告

每个平台提供不同类型的格式。你必须从一开始就选择正确的方法——Scaniverse 就是这种情况。从一开始选择正确的方法非常重要，否则后续可能会出现问题。因此，以下是一般规则：

  • 基于网格的格式 .glb、.glTF
  • Gaussian Splat .ply、.spz、.splat、.sog

扫描和创建网格或 Splat​

要创建网格或 Gaussian Splat，有多种平台可供选择，每种平台都提供针对不同需求的独特功能。以下是一些常用的 3D 模型生成工具：

Scaniverse

Scaniverse 是一款强大的移动应用程序，允许你使用智能手机或平板电脑的摄像头创建高质量的 3D 扫描。它以易用性和可访问性著称。

  • 支持的设备： iOS（iPhone 和 iPad）*
  • 文件类型： .obj、.ply、.stl、.fbx
  • 使用场景： 非常适合快速生成 Gaussian Splat 并将其转换为可导出进行进一步编辑或分享的模型。

    它也可在 Android 上使用，但目前在 iOS 上的优化程度更高

使用现有素材创建 Splat​

Postshot

Postshot 是一款辐射场软件。它允许创作者使用任何相机在几分钟内轻松创建照片级真实的 3D 场景和物体。只需围绕物体拍摄 3 圈，录制约 1-2 分钟的视频并上传。其余工作由程序完成。

  • 支持的平台： Windows 10 或更高版本
  • 文件类型： .ply
  • 使用场景： Postshot 非常适合寻求无缝工作流程来创建高质量 3D 内容的专业人士，其功能支持在统一平台内完成拍摄、训练、动画制作和渲染。

编辑网格和 Gaussian Splat​

Blender

Blender 是一个强大的开源 3D 创作套件，被全球的艺术家、设计师和开发者所使用。它支持整个 3D 流程，包括建模、雕刻、骨骼绑定、动画、模拟、渲染、合成和视频编辑。Blender 高度可定制，拥有庞大的插件生态系统和社区支持。

  • 支持的设备： Windows、macOS、Linux
  • 文件类型： .blend（原生格式），另外支持导入/导出 .obj、.fbx、.stl、.glb/.glTF、.ply、.dae 等多种格式
  • 使用场景： Blender 适用于技术和艺术工作流程。它包含高级雕刻工具、使用 Eevee 的实时渲染，以及强大的基于节点的材质编辑器。通过插件，它还支持 Gaussian Splat 可视化和基于 Splat 的渲染，使其成为处理各种 3D 内容的灵活选择。

出售或购买资源​

Sketchfab

Sketchfab 是一个流行的平台，用于查看、分享和出售 3D 模型，包括 Gaussian Splat 和 Splat。它允许创作者在交互式 3D 查看器中上传和展示他们的 3D 模型。

  • 支持的设备： 基于网页（所有设备均可访问）、iOS、Android
  • 文件类型： .obj、.stl、.fbx、.ply、.glTF
  • 使用场景： Sketchfab 不仅是一个创建 3D 模型的平台，还是一个市场和社区中心，为专业人士和爱好者提供广泛的工具来与他们的 3D 内容互动。