作者：劉利剛 | 文章來源：中國科技技術大學
01美國Autodesk公司的3D Studio Max（前身是Discreet公司的，後被Autodesk收購）是基於PC系統的三維建模、動畫、渲染的製作軟體，為用戶群最為廣泛的3D建模軟體之一。 常用於建築模型、工業模型、室內設計等行業。因為其廣泛性，它的插件也很多，有些很強大，基本上都能滿足一般的3D建模的需求。
Maya也是Autodesk公司出品的3D軟體，它集成了早年的兩個3D軟體Alias和 Wavefront。相比於3DS Max，Maya的專業性更強，功能非常強大，渲染真實感極強，是電影級別的高端製作軟體。在工業界，應用Maya的多是從事影視廣告，角色動畫，電影特技等行業。
Softimage曾經是加拿大Avid公司旗下的專業的3D動畫設計軟體，後被Autodesk收購。它在影視動畫方面，特別是角色功能非常強大。許多電影，比如《鐵達尼號》、《失落的世界》、《第五元素》等，都曾使用Softimage來製作大量的驚人的視覺效果。
LightWave是美國NewTek公司開發的一款3D動畫製作軟體，具有悠久的歷史，它的功能非常強大，特別是在生物建模和角色動畫方面功能異常強大，廣泛應用在電影、電視、遊戲、網頁、廣告、印刷、動畫等各領域。在電影《鐵達尼號》 中細緻逼真的船體模型及其他眾多遊戲的場景和動畫都曾使用LightWave來製作的。
Rhino是美國Robert McNeel公司開發的專業3D造型軟體，它對機器配置要求很低，安裝文件才幾十兆，但「麻雀雖小，五臟俱全」，其設計和創建3D模型的能力是非常強大的， 特別是在創建NURBS曲線曲面方面功能強大，也得到很多建模專業人士的喜愛。用Rhino來進行船體曲面的NURBS建模和修改，非常方便靈活。
Cinema 4D (C4D)是德國Maxon公司的3D創作軟體，在蘋果機上用得比較多，特別是在歐美日為最受歡迎的三維動畫製作工具。
MultiGen-Paradigm公司開發的Creator是專門創建用於大型3D虛擬仿真的實時三維模型的軟體。其強大之處在於管理3D模型數據的資料庫，使得輸入、結構化、修改、創建原型 和優化模型資料庫非常容易。用Creator快 速創建大量的城市建築模型，並且生成資料庫來管理這些模型，還是相當的方便。
從上述介紹可知，美國Autodesk公司當之無愧是3D建模和動畫的「老大」，擁有 3DS Max、Maya和Softimage等3D建模和動畫專業軟體。3DS Max和Maya在3D建模方面各有特色，前者更為大眾化些，相對容易掌握些，後者在專業級的行業應用更為廣泛，特別在製作動畫和高質量渲染方面強於前者。學生用Maya的相對多些，包括建模，渲染 和動畫製作。Softimage和LightWave在3D動畫方面表現強大。Rhino對NURBS曲面的支持更好。Creator適合於構建大量的3D模型並構建資料庫進行管理和修改。
02
AutoCAD (Auto Computer-Aided Design)是美國Autodesk公司出品的自動計算機輔助設 計(CAD)軟體，用於二維繪圖、文檔規劃和三維設計。適用於製作平面布置圖、地材圖、 水電圖、節點圖及大樣圖等。廣泛應用於土木建築、裝飾裝潢、城市規劃、園林設計、電子電路、機械設計、航空航天、輕工化工等諸多領域。大家買房時看的房型圖大部分都是用AutoCAD來做的。
CATIA由法國Dassault Systems公司開發的CAD/CAE/CAM一體化的三維軟體，支持產品開發的整個過程，從概念(CAID)，到設計(CAD)，到分析(CAE)，到製造(CAM)的完整流程。可幫助製造廠商設計未來的產品，並支持從項目前階段、具體的設計、分析、模擬、 組裝到維護在內的全部工業設計流程，在機械行業，航空航天、汽車工業、造船工業等應用廣泛。其實體造型和曲面設計的功能非常強大。
UG NX由美國Unigraphics Solutions (UGS)公司開發的CAD/CAE/CAM一體化的三維軟 件，後被德國西門子公司收購。廣泛用於通用機械，航空航天、汽車工業、醫療器械等領 域。現在西門子公司在上海有專門的研發機構對UG NX產品進行升級完善, 上海義維已對NX做了二次開發, 可專門用於泵流體部件的水力設計。
SolidWorks是一個基於Windows開發的三維CAD系統，後被法國Dassault Systems公司(開發Catia的公司)所收購。相對於其他同類產品，SolidWorks操作簡單方便、 易學易用，國內外的很多教育機構（大學）都把SolidWorks列為製造專業的必修課。
Creo Parametric，舊稱Pro/Engineer是美國PTC公司 (Parametric Technology Corporation)旗下的CAD/CAM/CAE 一體化的三維軟體。在參數化設計，基於特徵的建模方法具有獨特的功能，在模具設計與 製造方面功能強大，機械行業用的比較多。
註：除了上述所介紹的CAD/CAE /CAM系統軟體（它們各有特色，在市場中都佔有一定的 份額）外，還有其他一些同類產品，比如法國Missler公司的Topsolid和以色列Cimatron公司 的Cimatron,Autodesk公司的Invertor。一般在機械設計與產品研發相關的行業中才會接觸到這些軟體，專業性比較強，在軟服之家（ruanfujia.com）官網上很容易能找到它們的相關資料。
03
3D雕刻建模軟體：筆刷式高精度建模軟體美國Pixologic公司開發的ZBrush軟體是世界上第一個讓藝術家感到無約束自由創作的 3D設計工具。 ZBrush 能夠雕刻高達 10 億多邊形的模型，所以說限制只取決於的藝術家自 身的想像力。
MudBox是Autodesk公司的3D雕刻建模軟體，它和ZBrush相比各有千秋。在某些人看 來，MudBox的功能甚至超過了ZBrush，可謂ZBrush的超級殺手。
Autodesk公司又開發出一款筆刷式3D建模工具MeshMixer，它能讓用戶通過筆刷 式的交互來融合現有的模型來創建3D模型（似乎是類似與Poisson融合或Laplacian融合的技 術），比如類似「牛頭馬面」的混合3D模型。值得注意的是，最新版本的MeshMixer還添加3D列印支撐優化新算法。
3d-coat 這是由烏克蘭開發的數字雕塑軟體，我們可以先看看官方的介紹：3D -Coat是專為遊戲美工設計的軟體，它專注於遊戲模型的細節設計，集三維模型實時紋理繪製和細節雕刻功能為一身，可以加速細節設計流程，在更短的時間內創造出更多的內容。只需導入一個低精度模型，3D-Coat便可為其自動創建UV，一次性繪製法線貼圖、置換貼圖、顏色貼圖、透明貼圖、高光貼圖。
Sculptris是一款虛擬建模軟體，其核心重點在於建模粘土的概念，如果用戶像創建小雕像，那麼這款軟體十分適合使用。
modo是一款高級多邊形細分曲面，建模、雕刻、3D繪畫、動畫與渲染的綜合性3D軟體。由Luxology, LLC設計並維護。該軟體具備許多高級技術，諸如N-gons（允許存在邊數為4以上的多邊形），多層次的3D繪畫與邊權重工具，可以運行在蘋果的Mac OS X與微軟的Microsoft Windows操作平臺。
04
Autodesk 123D Catch是建模軟體的重點，用戶使用相機或手機來從不同角度拍攝物體、人物或場景，然後上傳到雲，然後該軟體利用雲計算的強大計算能力，可將 數碼照片中幾分鐘的時間內轉換為3D模型，而且還自動帶上紋理信息。我們試用 過幾次，感覺它的使用還是很方便的。但是其生成的3D幾何的細節不多，主要是 通過紋理信息來表現真實感的。有時軟體也會失敗，生成的幾何是不正確的。
3DSOM Pro是一款從高質量的照片來生成3D建模的軟體，它可以通過一個真實物體的 照片來進行3D建模，並且製作的模型可以在網絡上以交互的方式呈現。
微軟開發了一款產品PhotoSynth，可將大量的照片做3D處理，但是它不是真正創建3D 模型，而是根據照片之間的相機參數及空間對應關係，建構一個虛擬的3D場景，使得用戶 能夠在從不同角度和位置來查看該場景，而顯示的場景圖像是由給定的照片所合成的。
05
基於掃描（逆向設計）的3D建模軟體
Geomagic (俗稱「傑魔」) 包括系列軟體Geomagic Studio、Geomagic Qualify和Geomagic Piano。其中Geomagic Studio是被廣泛使用的逆向工程軟體，具有下述所有特點：確保完美 無缺的多邊形和 NURBS 模型處理複雜形狀或自由曲面形狀時，生產效率比傳統 CAD軟體提高數倍；可與主要的三維掃描設備和CAD/CAM軟體進行集成；能夠作為一個獨立的應 用程序運用於快速製造，或者作為對CAD軟體的補充。是我們學生科研的必備軟體之一。
Imageware 由美國 EDS 公司出品，後被德國Siemens PLM Software所收購，現在併入旗下的NX產品線，是最著名的逆向工程軟體，Imageware因其強大的點雲處理能力、曲面編輯能力和A級曲面的構建能力而被廣泛應用於汽車、航空、航天、消費家電、模具、計算機零部件等設計與製造領域。
RapidForm是韓國INUS公司出品的逆向工程軟體，提供了新一代運算模式，可實時將點 雲數據運算出無接縫的多邊形曲面，使它成為 3D掃描數據的最佳化的接口，是很多3D掃 描儀的OEM軟體。我們購買的Konica Minolta 的雷射掃描儀Range 7就是用RapidForm來進 行逆向設計。
ProFactor公司開發的ReconstructMe是一個功能強大且易於使用的三維重建軟體，能夠 使用微軟的Kinect或華碩的Xtion進行實時3D場景掃描（核心算法是Kinect Fusion），幾分 鍾就可以完成一張全彩3D場景。我們嘗試過，效果還可以。ReconstructMeQt提供了一個實 時三維重建利用ReconstructMe SDK（開源）的圖形用戶界面。
註：法國ManCTL公司開發的Skanect為Mac平臺的第一款3D 掃描軟體，也支持者華碩的 Xtion或者微軟的Kinect進行實時3D 掃描
Artec公司出品的Artec Eva, Artec Spider等手持式的結構光3D掃描儀，重量輕且易於使 用，成為許多3D體驗館掃描物體的首選產品。我試用過Artec Eva後感覺還是需要較多的技 巧才能掃描好物體，而且後期需要用軟體進行較多的處理，比如數據的去噪、修復、光 滑、補洞等。同時，Artec公司還開發了一款軟體Artec Studio，可以和微軟的Kinect或華碩的 Xtion以 及其他廠商的體感周邊外設配合使用，使其成為三維掃描儀。Kinect通過Artec Studio可以 完成模型掃描，然後進行後期處理，填補漏洞、清理數據、進行測量、導出數據等。不確 定它是否也使用了Kinect Fusion算法。
PolyWorks是加拿大InnovMetric公司開發的點雲處理軟體，提供工程和製造業3D測量解 決方案，包含點雲掃描、尺寸分析與比較、CAD和逆向工程等功能。
CopyCAD 是由英國 DELCAM 公司出品的功能強大的逆向工程系統軟體，它能允許從已存在的零件或實體模型中產生三維CAD模型。該軟體為來自數位化數據的 CAD 曲面的產生提供了複雜的工具。CopyCAD 能夠接受來自坐標測量工具機的數據，同時跟蹤工具機和雷射掃描器。
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基於草圖的3D建模軟體
SketchUp是一套面向普通用戶的易於使用的3D建模軟體。使用SketchUp，創建3D模型就像我們使用鉛筆在圖紙上作圖一般，軟體能 自動識別你畫的這些線條，加以自動捕捉。它的建模流程簡單明了，就是畫線成面，而後 拉伸成體，這也是建築或室內場景建模最常用的方法。
Teddy是一款基於草圖的3D建模軟體，可以通過繪製自由形狀筆畫來製作有趣的3D模型。Teddy需要在您的機器上安裝Java，主要是為Windows設計的。
EasyToy是一款3D建模軟體。它使用基於草圖的建模方法和3D繪畫方法。用戶界面非常友好，操作非常簡單。通過組合幾個簡單的操作，可以快速創建複雜的3D模型。與現有的3D系統相比，EasyToy易於學習且易於使用。EasyToy具有廣泛的應用，包括玩具設計，圖形，動畫和教育。
Magic Canvas一款可以從手繪草圖中互動設計三維場景原型的軟體，它將場景中模型的簡單2D草圖作為3D場景構造的輸入。然後，系統自動識別資料庫中的相應模型與用戶輸入的草圖相匹配。FiberMesh是一款專門的網格生成工具。它可以動態創建真實幾何體，也可以作為新的SubTool添加到現有模型中。在FiberMesh子調色板中的設置，可以為纖維，頭髮，毛髮甚至植被生成完全不同的形狀。
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其他3D建模軟體
關於構建人體模型及動畫，首推Metacreations公司的Poser軟體（俗稱「人物造型大 師」）和開源的MakeHuman軟體。這兩款軟體都是基於大量人類學形態特徵數據，可以快速形成不同年齡段的男女臉部及肢體模型，並對局部體形進行調整。可以輕鬆快捷地設計 人體造型、動作和動畫。我讀博期間用過Poser構建人體模型來做morphing，還是蠻方便的。
加拿大Esri公司的CityEngine是三維城市建模的首選軟體，可以利用二維數據快速創建三維場景，並能高效的進行規劃設計。應用於數字城市、城市規劃、軌道交通、管線、建 築、遊戲開發和電影製作等領域。另外，CityEngine對ArcGIS的完美支持，使很多已有的 基礎GIS數據不需轉換即可迅速實現三維建模，縮短了三維GIS系統的建設周期。該軟體早期是 ETH Zurich大學的Pascal Mueller研究小組創辦的Procedural公司開發的，後被Esri公司收購。
一些基於網頁(web)開發的3D模型設計軟體，即基於WebGL，可以在瀏覽 器中完成3D建模的工具。比如3DTin，TinkerCAD（被Autodesk收購）等，它們的界面 簡單直觀，有Chrome等瀏覽器插件插件，可以在線生成3D模型，直接存在雲端，並在社區分享模型。
這些軟體大部分都非常小巧，而且是開源且完全免費的。有很多媒體工作者和藝術家用這些小軟體來製作3D作品，其中Blender, K-3D, Art of Illusion, Seamless3d, Wings3D等軟體的使用面稍微廣泛些。
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虛擬實境軟體和平臺
虛擬實境軟體本質上不是用於3D建模的，而是用來對生成好的3D模型和場景提供關於 視覺、聽覺、觸覺等虛擬的模擬，讓用戶如同身歷其境一般。相關軟體也有很多，只大致提及幾個比較常見的。法國VirTools公司的VirTools和美國Act-3D公司的Quest3D都是元老級的虛擬實境製作軟 件，簡單來說，就是工業或遊戲用的實時圖形渲染引擎，是3D虛擬和互動技術的集成工 具。可以讓沒有程序基礎的美術人員利用內置的行為模塊快速製作出許多不同用途的3D產 品，如網際網絡、計算機遊戲、多媒體、建築設計、交互式電視、教育訓練、仿真與產品 展示等 。網上的學習資料比較多。
Unity Technologies開發的Unity3D (U3D)是最近幾年冒出來的新秀，是一個全面整合的 專業虛擬3D和遊戲引擎。它在製作虛擬實境及3D遊戲方面上手非常容易，操作簡單，互 動性好，有強大的地形渲染器。我們的學生使用U3D可以很快地製作一個3D遊戲，因此也 強烈推薦大家學習使用。
Vega是MultiGen-Paradigm公司開發的用於實時視覺模擬和虛擬實境應用的開發引擎， 提供很多的C/C++語言的應用程式接口API，結合其應用程式的圖形用戶GUI界面軟體LynX，可以迅速創建各種實時交互的3D環境。對於開發3D遊戲和3D場景漫遊的項目非常 方便。
OSG (Open Scene Graph)是一套開源的基於C++平臺的應用程式接口API，能夠讓開發者 快速、便捷地創建高性能、跨平臺的交互式圖形程序。它將3D場景定義為空間中一系列連 續的對象，能夠對3D場景進行有效的管理。由於OSG是開源和完全免費的，很多3D應用 的軟體都選用OSG作為基礎架構。幾年前，我們與一個公司合作開發的義齒軟體就選用 OSG作為管理3D數據的框架，使得開發非常方便。
其他的一些用於3D應用程式開發的軟體開發包(SDK)或API還有GLUT(OpenGL Utility Toolkit), OpenGL Performer, CG2 VTree, Quamtum3D Mantis等。更多軟體介紹有興趣的讀者也可以去軟服之家（ruanfujia.com）了解 一下。