高中信息技术（必选5）X5-02-01三维建模基础知识点

高中信息技术（必选5）X5-02-01三维建模基础知识点整理一、本课程主要学习内容本课程作为高中信息技术必选5中的三维建模入门内容，核心围绕三维建模的基本概念、常用工具、核心流程及基础应用展开。通过课程学习，学生需理解三维建模的本质与应用场景，掌握主流三维建模软件（如Blender、3dsMax基础操作）的核心工具使用方法，熟悉从草图绘制、基础几何体创建、编辑修改到简单模型组合优化的完整流程，能够运用基本建模方法构建简单的三维模型，并初步具备模型细节处理与视觉呈现的基础能力，为后续复杂建模及动画、渲染等内容学习奠定基础。二、必掌握知识点梳理知识点1：三维建模的基本概念与应用场景核心内容1.三维建模定义：通过计算机技术构建具有长、宽、高三个维度的虚拟立体模型的过程，本质是将现实物体或虚拟创意转化为计算机可识别的数字化三维数据；2.核心要素：顶点（模型的最基本单位，无大小）、边（连接两个顶点的线段）、面（由三条及以上边围成的封闭区域，构成模型的表面），三者共同组成三维模型的网格结构；3.应用场景：涵盖游戏开发（角色、场景建模）、影视特效（虚拟角色、场景搭建）、工业设计（产品原型设计）、建筑设计（建筑外观与室内布局展示）、虚拟现实（VR/AR场景构建）等多个领域。练习题1.下列关于三维建模核心要素的说法，正确的是（）A.边是三维模型的最基本单位B.面必须由三条边围成C.顶点是构成模型网格的基础D.面不具备封闭性2.以下不属于三维建模应用场景的是（）A.手机APP界面设计B.游戏角色制作C.建筑效果图绘制D.工业产品原型设计3.简述三维建模的定义及核心构成要素。4.举例说明三维建模在影视行业中的具体应用。答案及解析1.答案：C解析：三维模型的最基本单位是顶点，A错误；面可由三条及以上边围成，如三角形面、四边形面等，B错误；顶点是构成边和面的基础，进而组成模型的网格结构，C正确；面必须是封闭区域，否则无法构成模型的表面，D错误。2.答案：A解析：手机APP界面设计属于二维UI设计范畴，主要关注平面布局与视觉效果，不涉及三维立体模型构建；B、C、D均为三维建模的典型应用场景。3.答案：三维建模是通过计算机技术构建具有长、宽、高三个维度的虚拟立体模型的过程，即将现实物体或虚拟创意转化为计算机可识别的数字化三维数据的过程。核心构成要素包括顶点、边、面：顶点是模型的最基本单位，无大小；边是连接两个顶点的线段；面是由三条及以上边围成的封闭区域，是构成模型表面的核心要素，三者共同组成模型的网格结构。4.答案：三维建模在影视行业中应用广泛，例如：①虚拟角色制作，如电影《阿凡达》中的纳美人、《哪吒之魔童降世》中的动画角色，通过三维建模构建角色的立体形态，再进行绑定、动画制作；②虚拟场景搭建，如科幻电影中的未来城市、古装剧的宫殿建筑群，无需搭建真实场景，通过三维建模构建虚拟场景，降低拍摄成本；③影视特效制作，如电影中的爆炸、怪兽、飞行等特效，通过三维建模构建特效相关模型，结合渲染、合成技术融入真实拍摄画面，增强视觉冲击力。知识点2：主流三维建模软件基础操作核心内容1.常用软件：Blender（开源免费，功能全面，适合入门）、3dsMax（行业常用，建模、动画、渲染功能强大）、Maya（影视动画领域主流，角色建模与动画优势突出）；2.核心操作界面：包括视图区（多视角展示模型，如透视图、前视图、顶视图、侧视图）、工具栏（包含建模、编辑、选择等核心工具）、属性面板（调整模型的位置、旋转、缩放等参数）、时间轴（动画制作基础，入门阶段主要用于静态模型查看）；3.基础操作：选择工具（点选、框选模型的顶点、边、面）、移动/旋转/缩放工具（调整模型在三维空间中的位置、角度、大小，快捷键通常为W/M/R或对应软件自定义快捷键）、视图切换（熟练切换不同视角，全方位观察模型）。练习题1.下列属于开源免费的三维建模软件是（）A.3dsMaxB.BlenderC.MayaD.AutoCAD2.在Blender中，若要调整模型的位置，应使用的核心工具是（）A.选择工具B.移动工具C.旋转工具D.缩放工具3.简述三维建模软件中透视图与正视图（前视图、顶视图）的区别。4.操作题：简述在某主流三维建模软件（如Blender）中，从打开软件到创建一个立方体并调整其位置、缩放大小的完整步骤。答案及解析1.答案：B解析：Blender是开源免费的三维建模软件，功能覆盖建模、动画、渲染等全流程；3dsMax和Maya为商业软件，需付费使用；AutoCAD主要用于二维绘图与三维建模，但非开源免费，且更侧重工程绘图。2.答案：B解析：选择工具用于选中模型的顶点、边、面或整个模型，A错误；移动工具用于调整模型在三维空间中的X、Y、Z轴位置，B正确；旋转工具用于调整模型的旋转角度，C错误；缩放工具用于调整模型的大小，D错误。3.答案：透视图：模拟人眼观察物体的视角，具有近大远小的透视效果，能够直观呈现模型的三维立体形态和空间关系，适合全方位观察模型的整体效果，但无法准确测量模型的尺寸；正视图（前视图、顶视图、侧视图等）：平行投影视角，无透视效果，模型的尺寸比例真实准确，能够清晰展示模型在某一平面（如X-Y平面、X-Z平面）上的轮廓和结构，适合精准编辑模型的尺寸和位置，常用于建模过程中的细节调整。4.答案：以Blender为例，完整步骤如下：①打开Blender软件，默认进入初始界面，视图区显示默认的立方体模型；②若默认无立方体，点击顶部工具栏中的“添加”按钮，在下拉菜单中选择“网格”→“立方体”，即可在视图区创建一个立方体；③选中立方体（点击立方体模型，模型边缘出现橙色选中框）；④点击左侧工具栏中的“移动工具”（图标为箭头），或使用快捷键“G”，拖动鼠标即可调整立方体在视图区的位置，若要沿特定轴（X/Y/Z轴）移动，拖动时按下对应轴的字母键（X/Y/Z）即可；⑤点击左侧工具栏中的“缩放工具”（图标为方块），或使用快捷键“S”，拖动鼠标即可缩放立方体的大小，同理，按下X/Y/Z键可沿对应轴缩放；⑥调整完成后，点击视图区空白处取消工具激活，完成操作。知识点3：基础几何体建模与编辑核心内容1.基础几何体：三维建模的基础单元，包括立方体、球体、圆柱体、圆锥体、棱柱体、棱锥体等，多数复杂模型可通过基础几何体组合与编辑得到；2.核心编辑工具：①extrusion（挤出）：将选中的面、边或顶点沿指定方向拉伸，增加模型的厚度或复杂度；②bevel（倒角）：对模型的边或顶点进行倒圆角处理，使模型边缘更平滑，避免尖锐棱角；③subdivide（细分）：对模型的面进行细分，增加网格密度，使模型表面更光滑（适合制作曲面模型）；④delete（删除）：删除选中的顶点、边或面，简化模型；3.建模思路：“由简到繁”，先创建基础几何体，再通过编辑工具调整形状，最后组合多个编辑后的几何体，构建目标模型。练习题1.下列工具中，可用于使模型边缘变得平滑的是（）A.挤出工具B.倒角工具C.删除工具D.选择工具2.要制作一个“圆柱笔筒”模型，最适合作为基础几何体的是（）A.球体B.立方体C.圆柱体D.圆锥体3.简述挤出工具的功能及在建模中的典型应用场景。4.简述如何通过基础几何体编辑，制作一个“带倒角的立方体盒子”模型。5.下列关于细分工具的说法，错误的是（）A.细分工具可增加模型的网格密度B.细分后模型表面会更平滑C.细分工具适合处理曲面模型D.细分会减少模型的顶点数量答案及解析1.答案：B解析：挤出工具用于拉伸面、边或顶点，A错误；倒角工具可对模型的边或顶点进行倒圆角处理，使边缘更平滑，B正确；删除工具用于删除模型元素，C错误；选择工具用于选中模型元素，D错误。2.答案：C解析：圆柱笔筒的主体为圆柱形，以圆柱体作为基础几何体，通过删除顶部面、调整高度和半径，再进行边缘倒角等编辑，即可快速制作出圆柱笔筒；其他基础几何体无法直接适配笔筒的形状。3.答案：挤出工具的核心功能是将选中的面、边或顶点沿指定方向（如垂直于面的方向、自定义方向）拉伸，从而增加模型的厚度、高度或复杂度，形成新的面和体积。典型应用场景：①制作模型的凸起结构，如立方体表面的按钮、盒子的盖子边缘；②制作模型的凹陷结构，如墙体上的窗户、门板上的凹槽；③增加模型的层次感，如复杂零件的台阶、角色模型的肌肉轮廓。4.答案：制作步骤如下：①创建基础立方体：打开建模软件，添加“网格”→“立方体”，得到基础立方体模型；②选中立方体的所有边：使用“边选择”工具，框选立方体的所有边缘（或通过快捷键全选边）；③应用倒角工具：点击工具栏中的“倒角”工具，拖动鼠标调整倒角的半径大小，使立方体的所有边缘变得平滑；④调整模型尺寸：使用“缩放工具”或在属性面板中修改立方体的长、宽、高参数，得到符合需求的“带倒角的立方体盒子”；⑤若需要制作开口盒子，可选中立方体的顶部面，使用“删除工具”删除该面，完成开口效果。5.答案：D解析：细分工具的核心是将模型的面拆分为更多的小面，从而增加模型的顶点数量和网格密度，A正确、D错误；网格密度增加后，模型表面会更平滑，适合处理曲面模型（如球体、人物面部），B、C正确。知识点4：三维模型的坐标与空间变换核心内容1.三维坐标系：采用右手坐标系，包含X、Y、Z三个轴，X轴通常代表水平方向（左右），Y轴代表前后方向，Z轴代表垂直方向（上下），原点（0,0,0）是三个轴的交点，是定位模型的基准；2.空间变换三要素：①平移（移动）：调整模型在X、Y、Z轴上的位置，改变模型的空间坐标；②旋转：围绕X、Y、Z轴旋转模型，改变模型的朝向；③缩放：沿X、Y、Z轴放大或缩小模型，改变模型的尺寸，可均匀缩放（保持长宽高比例）或非均匀缩放（改变比例）；3.变换基准：可基于世界坐标系（固定不变，以原点为基准）、局部坐标系（以模型自身的中心和轴为基准）或视图坐标系（以当前视图的方向为基准）进行变换，入门阶段以世界坐标系和局部坐标系为主。练习题1.在三维右手坐标系中，代表垂直方向的轴是（）A.X轴B.Y轴C.Z轴D.原点2.若要使模型保持长宽高比例不变地缩小，应使用的缩放方式是（）A.均匀缩放B.非均匀缩放C.沿X轴缩放D.沿Z轴缩放3.简述三维空间变换的三要素及各自的作用。4.举例说明世界坐标系与局部坐标系的区别及适用场景。5.若一个立方体的初始坐标为（0,0,0），沿X轴平移5个单位，再沿Z轴旋转90度，其最终的位置坐标和朝向会发生怎样的变化？答案及解析1.答案：C解析：三维右手坐标系中，X轴通常代表水平左右方向，Y轴代表前后方向，Z轴代表垂直上下方向，原点是三个轴的交点，不是坐标轴，故选C。2.答案：A解析：均匀缩放会沿X、Y、Z轴以相同的比例放大或缩小模型，保持长宽高比例不变；非均匀缩放会沿不同轴以不同比例缩放，改变模型比例；沿单一轴缩放仅改变该轴方向的尺寸，均无法保持长宽高比例不变，故选A。3.答案：三维空间变换的三要素包括平移、旋转、缩放，各自作用如下：①平移：调整模型在X、Y、Z轴上的位置，改变模型的空间坐标，核心作用是定位模型，如将多个模型摆放至指定位置；②旋转：围绕X、Y、Z轴旋转模型，改变模型的朝向，核心作用是调整模型的角度，如将立方体的一个面朝向视图方向；③缩放：沿X、Y、Z轴放大或缩小模型，改变模型的尺寸，核心作用是调整模型的大小，如将基础圆柱体缩放至符合笔筒的尺寸要求。4.答案：区别：世界坐标系以软件固定的原点（0,0,0）和坐标轴为基准，坐标系方向固定不变；局部坐标系以模型自身的中心和坐标轴为基准，坐标系方向随模型的旋转而变化。适用场景：①世界坐标系：适合多个模型的统一摆放和定位，如将场景中的多个家具模型按固定布局摆放至房间的不同位置，确保各模型的空间关系准确；②局部坐标系：适合对单个模型的局部调整，如调整模型的某个部件相对于主体的位置和角度，或旋转模型后，沿模型自身的前后方向（局部Y轴）平移，更符合直观操作逻辑。5.答案：位置坐标变化：沿X轴平移5个单位后，立方体的X轴坐标变为5，Y轴和Z轴坐标仍为0，最终位置坐标为（5,0,0）；朝向变化：沿Z轴旋转90度后，立方体的朝向会发生改变，原本沿X轴正方向的面会转向Y轴正方向（或相反方向，取决于旋转方向），整体围绕Z轴（垂直方向）旋转了90度，位置坐标不受旋转操作影响，仅朝向改变。知识点5：简单模型的组合与优化核心内容1.模型组合方法：①布尔运算（并集、交集、差集）：并集是将两个或多个模型合并为一个整体；交集是保留多个模型重叠的部分，删除非重叠部分；差集是用一个模型减去另一个模型的重叠部分，形成镂空或凹陷效果；②父子关系：将一个模型设为父对象，其他模型设为子对象，调整父对象的位置、旋转、缩放时，子对象会同步变化，便于统一管理多个模型；2.模型优化技巧：①简化网格：删除多余的顶点、边、面（如隐藏在内部的面、重复的元素），降低模型的复杂度，提高后续操作效率；②统一尺度：确保多个模型的尺寸比例协调，基于同一坐标系进行摆放，避免出现比例失衡；③清理冗余：删除未使用的图层、材质、工具记录等，保持项目文件简洁；3.基础材质与渲染入门：为模型添加简单材质（如颜色、光泽度），设置基础渲染参数（如光照、分辨率），预览模型的最终呈现效果。练习题1.若要制作一个“带圆形镂空的立方体”模型，最适合使用的组合方法是（）A.布尔差集B.布尔并集C.布尔交集D.父子关系2.下列不属于模型优化技巧的是（）A.简化网格，删除多余元素B.统一多个模型的尺度比例C.为模型添加复杂材质D.清理未使用的冗余文件3.简述布尔运算的三种类型（并集、交集、差集）的核心作用。4.操作题：简述使用布尔运算制作“圆柱体穿透立方体”模型的步骤。5.说明父子关系在模型组合中的优势及适用场景。答案及解析1.答案：A解析：布尔差集可通过一个模型减去另一个模型的重叠部分形成镂空效果，制作“带圆形镂空的立方体”时，可先创建立方体和圆柱体，将圆柱体放置在立方体需要镂空的位置，执行布尔差集（用立方体减去圆柱体），即可得到带圆形镂空的立方体；并集用于合并模型，交集用于保留重叠部分，父子关系用于统一管理模型，均无法实现镂空效果，故选A。2.答案：C解析：简化网格、统一尺度、清理冗余均属于模型优化技巧，可降低模型复杂度、提高操作效率；为模型添加复杂材质会增加项目的计算量，不属于优化技巧，故选C。3.答案：布尔运算三种类型的核心作用如下：①并集：将两个或多个独立的模型合并为一个完整的模型，删除各模型之间的重叠部分，适合将多个基础几何体组合成一个复杂模型，如将立方体和圆柱体合并制作成组合家具；②交集：仅保留