一本适合创客应用3D打印技术的建模教程
进入21世纪以来，建立在互联网基础上的后现代文明极大地降低了普通人参与和传播创新的门槛，增加了产生创新的维度，甚至改变了创新的内涵。近年来，蓬勃发展的创客运动已成为席卷全球的全民创新运动，正在改变人类的发展进程。过去，发明史都只是为改变世界的天才而书写的，但创客运动改变了这种规则，能够拥有创意创新的力量而改变世界不再是少数精英的专利。
在中国，创客运动也得到了政府的大力支持，创客空间如雨后春笋般涌现，教育部已把中小学创客教育纳入了基础教育体系。经过几年的快速发展，越来越多的学校兴建了创客实验室，开设了创客课程，有条件的学校开始配备3D打印机、工业级的激光切割机，甚至桌面CNC设备。2017年11月，教育部印发了《中小学综合实践活动课程指导纲要》，从小学到高中的学段目标中都有一项叫“创意物化”，小学阶段就要求“学会运用信息技术，设计并制作有一定创意的数字作品。运用常见、简单的信息技术解决实际问题，服务于学习和生活。”所谓“创意物化”，就是将头脑中的创意转化为实物的过程，在计算机中设计好数字模型，利用3D打印等技术，制作出真实的物品；或者通过计算机编程实现某种功能。这两种途径往往是交织在一起的。中小学创客教育的最大魅力在于，学生的学习可以与真实世界连接—基于真实的需求，解决真实的问题，改变了传统教育只重视书本知识传递的格局。我国创客教育很快要迎来一个新的发展阶段，基于项目的学习将成为教育领域越来越重要的获得知识的途径。
无论是社会中的众创空间，还是中小学校园中的创客实验室，3D打印机都有着举足轻重的地位，正是由于桌面型3D打印机的普及，各种桌面级数字加工工具不断出现，技术门槛越来越低，才使得创客的个性化制造变为现实，校园小创客正在茁壮成长。
不过问题来了，操作3D打印机等数字加工设备必须要掌握一些3D建模软件的运用知识，然而这并不是一个简单的过程。由于现实世界的复杂多样性，计算机中的三维建模软件种类繁多，操作起来也很复杂，阻碍了创客群体灵活应用它们。最近几年，笔者接触了一些教育一线的教师，各学校的师资水平参差不齐，都处于探索创客教育过程的起步阶段。一位老师讲过，刚开始同学们对3D打印的热情很高，但开始学习建模时却总是操作不好，不能按照自己的意愿设计出满意的模型，于是产生了对三维设计的畏难情绪。还有一个高年级的学生说三维设计不好玩，不能按照自己的想法设计出漂亮的汽车、飞机。当然，目前中小学教育中所使用的CAD类的初级建模软件还很难设计出汽车、飞机模型，那些产品的曲面比较复杂。
问题的实质是，过去计算机三维设计软件一直是专业人员才会使用的工具，无论是用于三维影视、游戏动画，还是机械产品、工业外观设计，都是行业用户的专职。而今，伴随着3D打印的普及和创客运动的发展，普通人甚至小学生也开始尝试学习三维设计，遇到各种问题也在所难免。这就像汽车驾驶员这个职位，过去司机是个职业，后来小汽车进入家庭，普通人也担当起了驾驶员的角色。随着时间的推移，一切障碍都会突破，预计三维建模也会走上同样的路程。当一批又一批从小接触计算机三维设计的孩子成长起来，建模就不是什么问题了。在三维空间中，依托建模软件与3D打印机等在教育领域中的运用，将会大大提升孩子的空间思维、多角度考虑问题、解决问题的能力，这个过程会使孩子发现原来自己的想象力可以这么有意义，从而激发了孩子的兴趣。
现阶段，由于创客教育还是崭新的事物，国内专门针对这一领域的教程还不多。提起创客教育，就会联想到3D打印机。但3D打印并不是创客教育的全部，更宝贵的是创客头脑中的创意思维，3D打印机只是创客使用的重要工具，而三维设计和3D打印却是把创意转化成实际物品的主要手段。笔者接触了一些创客空间，在三维建模环节他们所使用的软件五花八门，如UG、SolidWorks、Maya、3ds Max、Rhino（犀牛）等，这些软件非常专业，但过于复杂，不太适合普通创客。所以，笔者一直想为广大创客群体筛选一款比较实用的3D建模软件，帮助他们把瞬间的灵感保留下来并转化成实际物品。
本书主要为创客群体介绍Triple Squid Software公司的MoI3D软件。可能大家对MoI3D比较陌生。听说过Rhino（犀牛）软件吧？MoI3D是它的简化版本，由同一位开发者Michael Gibson编写。软件默认生成的文件格式为.3dm，与Rhino软件生成的文件格式相同。为什么选用这样一款软件呢？主要基于创客群体产品开发的特性，使用工业外观设计软件更合适。Rhino是典型的工业设计软件，国内很多大专院校的工业设计专业都讲授了Rhino软件。Rhino非常优秀，但依然是专业而复杂，相比之下，MoI3D却小巧而精悍，界面简洁，容易上手。
MoI3D（Moment of Inspiration）号称自由设计大师，并非浪得虚名，软件只有四十几兆，占用计算机资源较少，普通电脑也能流畅运行，却拥有精准强大的功能。MoI3D 是NURBS建模软件，偏于工业领域，曲面造型能力强，易学易用。MoI3D提供了简单实用的功能，可利用它创建精致的汽车、飞机等模型，普通人用它进行产品开发是足够的。或许这也正是适合于创客群体的工具软件，是创客的不二选择！熟练应用该软件之后，也可以为学习Rhino打下良好的基础。MoI3D 3.0的网格化工具非常优秀，甚至超越了Rhino，可以用它来打开工业设计的模型格式，输出为多边形网格模型，如把igs、sat、3dm的文件转成stl、obj等格式。
本书详细介绍了MoI3D 3.0的软件功能和操作，并配备了大量的图例，力求使不同背景的读者能够理解接受；讲解了准备3D打印模型的流程，以及从概念到数字模型的几种表达方法和简单产品设计过程，本着以提供工具→具体操作→完成设计任务→3D打印前准备→如何使用工具转化创意思维的顺序行文，希望能帮助创客群体解决创意设计环节的诸多问题。
由于水平有限且时间仓促，书中难免有错误和疏漏之处，恳请广大读者批评指正。
陈启成
2018年6月
计算机/3D打印
经过近几年的推广普及，3D打印（增材制造）已逐渐融入了日常生活，在设计、制造、医疗、教育等领域得到了广泛应用。但是对于没有受过设计专业训练的读者，如何能在短时间内提升个人的3D建模能力，使瞬间的灵感能借助3D打印转化为实物？
自由设计大师MoI3D是一款界面简洁、易学易用、曲面造型能力强大的NURBS建模软件，是Rhino（犀牛）软件的简版。它相对犀牛软件要简单得多，建模能力却非常强大，适用于工业外观设计，非常适合创客用于3D建模、3D打印。
本书着力满足广大3D打印爱好者、创客、中小学生的3D建模需求，融合作者多年的3D打印经验，通过大量的图例，详细介绍MoI3D 3.0的软件功能和操作，还讲解了准备3D打印模型的流程，以及从概念到数字模型的几种表达方法和简单产品设计的过程，以“提供工具—具体操作—完成设计任务—3D打印前准备—如何使用工具转化创意思维”的顺序行文，力求帮助读者解决创意设计环节的诸多问题。
陈启成 编著：暂无简介
前 言
第1章 MoI3D简介 1
1.1 国外3D专家对MoI3D的评价 3
1.2 国内应用现状 4
1.3 什么是NURBS建模方式 5
1.4 曲面建模的一般过程 6
1.5 曲面建模的基本原则 6
1.6 小结 7
第2章 MoI3D的软件界面概览 8
2.1 视图区 9
2.2 文件菜单和常用命令 10
2.2.1 文件菜单 10
2.2.2 常用命令 14
2.3 视图配置标签 17
2.4 数值显示与输入区域 18
2.5 捕捉控制开关 19
2.5.1 栅格捕捉 19
2.5.2 直接捕捉 22
2.5.3 对象捕捉 23
2.6 选项设置和帮助 24
2.6.1 选项设置 24
2.6.2 帮助 44
2.6.3 扩展和浏览器按钮 45
2.7 视图控制按钮 45
2.8 最小化、最大化按钮 50
2.9 属性面板和命令选项 51
2.10 场景浏览器 54
2.10.1 对象部分 54
2.10.2 类型部分 60
2.10.3 样式部分 60
2.11 小结 64
第3章 为建模做准备 65
3.1 如何导航视图 65
3.2 如何执行各种命令 65
3.3 如何绘制/拾取点 66
3.4 选择对象的方式 68
3.5 基本建模概念 70
3.6 输出模型到其他软件 70
3.7 输出数据的一些事项 71
3.8 小结 72
第4章 2D绘图命令 73
4.1 【画线】（Lines）命令 74
4.1.1 【画线：直线】（Line）命令 74
4.1.2 【画线：多段线】（Polyline）命令 78
4.2 【矩形】（Rect）命令 80
4.2.1 【矩形：角点、角点】（Corner）命令 80
4.2.2 【矩形：中心、角点】（Center）命令 81
4.2.3 【矩形：3点】（3 pts）命令 82
4.3 【多边形】（Polygon）命令 83
4.3.1 【多边形：中心、半径】（Center）命令 83
4.3.2 【多边形：边线】（Edge）命令 84
4.3.3 【多边形：星形】（Star）命令 85
4.4 【圆形】（Circles）命令 87
4.4.1 【圆形：中心、半径】（Center）命令 87
4.4.2 【圆形：直径】（Diam）命令 88
4.4.3 【圆形：3点】（3 pts）命令 89
4.4.4 【圆形：共切】（Tan）命令 89
4.5 【弧形】（Arc）命令 91
4.5.1 【弧形：中心、起点】（Center）命令 91
4.5.2 【弧形：连续】（Cont）命令 92
4.5.3 【弧形：3点】（3 pts）命令 93
4.5.4 【弧形：相切】（Tan）命令 94
4.6 【椭圆】（Ellipse）命令 95
4.6.1 【椭圆：中心、半径】（Center）命令 95
4.6.2 【椭圆：直径】（Diameter）命令 96
4.6.3 【椭圆：对角】（Corners）命令 97
4.7 【自由曲线】（Freeform）命令 97
4.7.1 【自由曲线：控制点】（Control points）命令 98
4.7.2 【自由曲线：通过点】（Through points）命令 100
4.7.3 【自由曲线：手绘线】（Sketch）命令 101
4.8 【其他】（More）命令 101
4.8.1 【其他：点】（Point）命令 102
4.8.2 【其他：螺旋】（Helix）命令 102
4.8.3 【其他：圆锥曲线】（Conic）命令 106
4.9 绘图实例 107
4.10 小结 115
第5章 绘制实体命令 116
5.1 【平面】（Plane）命令 117
5.1.1 【平面：角点、角点】（Corner）命令 117
5.1.2 【平面：中心、角点】（Center）命令 118
5.1.3 【平面：3点】（3 pts）命令 119
5.2 【立方体】（Box）命令 119
5.2.1 【立方体：角点、角点】（Corner）命令 120
5.2.2 其他两种方法 121
5.3 【球体】（Sphere）命令 121
5.4 【圆柱体】（Cylinder）命令 121
5.5 【圆锥体】（Cone）命令 123
5.6 【文字】（Text）命令 124
5.7 小结 126
第6章 编辑命令 127
6.1 【连接】（Join）命令 127
6.2 【分离】（Separate）命令 130
6.3 【修剪】（Trim）命令 131
6.4 【延伸】（Extend）命令 135
6.5 【显示点】（Show pts）命令 136
6.6 【添加点】（Add pt）命令 137
6.7 【复制】（Copy）命令 139
6.8 【粘贴】（Paste）命令 140
6.9 【隐藏】（Hide）命令 141
6.10 【锁定】（Lock）命令 142
6.11 【历史】（History）命令 144
6.12 练习使用【修剪】命令 144
6.13 小结 148
第7章 查看和选择命令 149
7.1 【重置】（Reset all）命令 149
7.2 【图像】（Image）命令 150
7.3 【构造平面】（CPlane）命令 154
7.4 【全选】（Sel all）命令 158
7.5 【取消选择】（Desel all）命令 158
7.6 【反选】（Invert）命令 158
7.7 小结 159
第8章 布尔运算及倒角命令 160
8.1 【布尔运算】（Boolean）命令 160
8.1.1 【布尔：差集】（Diff）命令 160
8.1.2 【布尔：并集】（Union）命令 163
8.1.3 【布尔：交集】（Isect）命令 165
8.1.4 【布尔：合并】（Merge）命令 168
8.2 【倒角】（Fillet）命令 170
8.2.1 【倒角：倒圆角】（Fillet）命令 170
8.2.2 【倒角：倒斜角】（Chamfer）命令 176
8.3 【偏移】（Offset）命令 178
8.3.1 【偏移：偏移】（Offset）命令 178
8.3.2 【偏移：抽壳】（Shell）命令 181
8.3.3 【偏移：凹槽】（Inset）命令 183
8.4 【平面化】（Planar）命令 186
8.5 布尔运算实例 188
8.6 小结 189
第9章 二维转三维的四种基本方法 191
9.1 【拉伸】（Extrude）命令 191
9.2 【旋转】（Revolve）命令 196
9.2.1 【旋转：旋转】（Revolve）命令 196
9.2.2 【旋转：轨迹旋转】（Rail revolve）命令 198
9.3 【放样】（Loft）命令 200
9.4 【扫掠】（Sweep）命令 204
9.4.1 单轨扫掠 205
9.4.2 双轨扫掠 208
9.5 建模实例 211
9.5.1 拉伸实例 211
9.5.2 旋转实例 214
9.5.3 放样实例 219
9.5.4 扫掠实例 221
9.6 小结 224
第10章 生成曲面和曲线的方法 225
10.1 【混合】（Blend）命令 225
10.2 【N边补面】（Nsided）命令 231
10.3 【网格建面】（Network）命令 233
10.4 【曲线】（Curve）命令 235
10.4.1 【曲线：投影曲线】（Project）命令 235
10.4.2 【曲线：相交线】（Isect）命令 238
10.4.3 【曲线：对象轮廓】（Silhou）命令 239
10.4.4 【曲线：结构线】（Iso）命令 240
10.5 建模实例 240
10.6 小结 243
第11章 变换命令 244
11.1 【移动】（Move）命令 244
11.2 【复制】（Copy）命令 246
11.3 【旋转】（Rotate）命令 247
11.3.1 【旋转：旋转】（Rotate）命令 247
11.3.2 【旋转：绕轴线旋转】（Rotate Axis）命令 249
11.4 【缩放】（Scale）命令 251
11.4.1 【缩放：缩放】（Scale）命令 251
11.4.2 【缩放：二维缩放】（Scale 2D）命令 254
11.4.3 【缩放：单向缩放】（Scale 1D）命令 254
11.5 【镜像】（Mirror）命令 255
11.6 【阵列】（Array）命令 257
11.6.1 【阵列：栅格阵列】（Grid）命令 257
11.6.2 【阵列：直线阵列】（Dir）命令 258
11.6.3 【阵列：圆周阵列】（Circular）命令 260
11.6.4 【阵列：路径阵列】（Curve）命令 262
11.7 【对齐】（Align）命令 264
11.8 【重定位】（Orient）命令 267
11.8.1 【重定位：重定位】（Orient）命令 267
11.8.2 【重定位：基线/目标直线】（Line/Line）命令 270
11.8.3 【重定位视图/视图】（View/View）命令 271
11.9 【变形】（Deform）命令 273
11.9.1 【变形：流动】（Flow）命令 273
11.9.2 【变形：扭曲】（Twist）命令 283
11.10 建模实例 285
11.11 小结 293
第12章 建模实例 294
12.1 戒指和钻石 295
12.1.1 简单指环 296
12.1.2 戒指 299
12.1.3 钻石 303
12.2 D形油箱 305
12.3 荷花及装饰花 315
12.3.1 荷花 315
12.3.2 装饰花 326
12.4 麦克风 333
12.5 椅子及其他物品 350
12.5.1 椅子 350
12.5.2 字母架子 356
12.5.3 吊钩 358
12.6 轮胎 362
12.7 翼子板 371
12.8 车轮 383
12.9 小结 401
第13章 模型输出及其他 402
13.1 模型输出过程的网格化选项 402
13.2 附加命令 407
13.3 脚本文件 409
13.4 小结 412
第14章 准备3D打印模型 413
14.1 模型检查与修复 414
14.2 在打印床上摆放模型 415
14.3 添加支撑结构 416
14.4 任意分割模型 417
14.5 小结 417
第15章 从概念到数字模型 418
15.1 应用MoI3D进行简单的产品设计 419
15.2 应用平面设计工具表达构想 427
15.3 借助拍照功能逆向建模 429
15.4 小结 432
参考文献 433
