引言

SketchUp（简称SU）作为一款直观易用的三维建模软件，广泛应用于建筑、室内设计、景观设计、游戏开发和影视特效等领域。其多边形建模功能是构建复杂三维模型的核心。本实验总结旨在系统梳理从SU多边形建模入门到精通的全过程，结合实战技巧与常见问题解析，帮助用户高效掌握这一技能。

第一部分：入门基础——理解SU多边形建模的核心概念

1.1 什么是多边形建模？

多边形建模（Polygon Modeling）是通过创建和编辑多边形（通常是三角形和四边形）来构建三维模型的方法。在SU中，多边形主要以“面”（Face）的形式存在，而“边”（Edge）和“顶点”（Vertex）是构成面的基本元素。

核心概念：

  • 面（Face）：由至少三条边围成的平面区域，是建模的基本单元。
  • 边（Edge）：连接两个顶点的线段，是面的边界。
  • 顶点（Vertex）：三维空间中的点，是边和面的交汇点。

示例： 创建一个简单的立方体。

  1. 选择“矩形工具”（Rectangle Tool），在绘图区绘制一个正方形。
  2. 使用“推/拉工具”（Push/Pull Tool）将正方形向上推拉，形成一个立方体。
  3. 此时，立方体由6个面、12条边和8个顶点组成。

1.2 SU多边形建模的工作流程

一个典型的SU多边形建模流程如下：

  1. 规划与参考：确定模型用途、尺寸和复杂度，收集参考图或草图。
  2. 基础形状创建：使用基本几何体（如矩形、圆形、多边形）构建模型的主体。
  3. 细节添加：通过推拉、偏移、倒角等工具添加细节。
  4. 优化与清理：检查并修复模型中的几何问题（如重叠面、多余边）。
  5. 导出与应用：将模型导出为所需格式（如.obj, .fbx, .skp）用于后续流程。

1.3 必备工具与面板

  • 工具栏：选择工具、移动工具、旋转工具、缩放工具、推/拉工具、路径跟随工具等。
  • 面板：图层（Layers）、组件（Components）、材质（Materials）、样式（Styles）。
  • 视图控制：标准视图（顶、前、右、等轴测）、透视/平行投影、阴影与雾化。

实战练习： 创建一个简单的椅子模型。

  1. 使用“矩形工具”绘制椅面，尺寸为40cm x 40cm。
  2. 使用“推/拉工具”将椅面推高5cm。
  3. 使用“矩形工具”在椅面下方绘制四条椅腿，尺寸为5cm x 5cm，高度45cm。
  4. 使用“推/拉工具”将椅腿推拉成型。
  5. 使用“选择工具”选中所有椅腿，右键点击“创建组件”，便于后续修改和复制。

第二部分：进阶技巧——提升建模效率与质量

2.1 高效使用组件与群组

组件（Components）：相同几何体的实例，修改一个组件，所有实例同步更新。 群组（Groups）：临时组合几何体，便于移动和编辑，但不共享属性。

技巧：

  • 对于重复出现的元素（如窗户、门、家具），务必创建为组件。
  • 使用“组件浏览器”管理组件库，提高复用率。

示例： 创建一个窗户组件。

  1. 绘制一个矩形作为窗框，尺寸为120cm x 150cm。
  2. 使用“偏移工具”（Offset Tool）向内偏移5cm，形成窗框厚度。
  3. 使用“推/拉工具”将外框推拉出10cm厚度。
  4. 选中整个窗户，右键点击“创建组件”，命名为“窗户”。
  5. 复制多个窗户到不同位置，修改其中一个，所有实例同步更新。

2.2 高级推拉与偏移技巧

推/拉工具不仅可以推拉平面，还可以结合“Ctrl”键进行复制推拉，或结合“Alt”键进行自由推拉。

偏移工具用于创建内轮廓或外轮廓，常用于制作厚度、边框等。

示例： 制作一个带有厚度的门板。

  1. 绘制一个矩形作为门板，尺寸为90cm x 210cm。
  2. 使用“偏移工具”向内偏移5cm，形成门框。
  3. 使用“推/拉工具”将外框推拉出5cm厚度。
  4. 使用“推/拉工具”选中内框，按住“Ctrl”键推拉，复制出内框的厚度（形成门板的凹槽）。

2.3 路径跟随工具（Follow Me）

路径跟随工具用于沿路径生成复杂截面，是创建柱体、管道、装饰线条的利器。

技巧：

  • 路径必须是连续的边，截面必须是垂直于路径的平面。
  • 使用“选择工具”选中路径，再选择“路径跟随工具”，点击截面。

示例： 制作一个罗马柱。

  1. 绘制一个圆形作为柱子的截面，直径30cm。
  2. 绘制一条直线作为柱子的高度路径，长度200cm。
  3. 选中路径，点击“路径跟随工具”，再点击圆形截面，生成柱体。
  4. 使用“推/拉工具”或“缩放工具”调整柱头和柱基的细节。

2.4 柔化与平滑边线

柔化/平滑边线（Soften/Smooth Edges）用于减少模型中的硬边，使曲面看起来更光滑。

技巧：

  • 选中边线，右键点击“柔化/平滑边线”，调整滑块控制平滑度。
  • 对于高精度模型，可使用“扩展”插件（如Fredo6的JointPushPull）进行更精细的控制。

示例： 制作一个光滑的球体。

  1. 绘制一个圆形，使用“推/拉工具”推拉成圆柱体。
  2. 使用“旋转工具”复制圆柱体，形成球体的经纬线（或使用“球体工具”插件）。
  3. 选中所有边线，右键点击“柔化/平滑边线”，调整滑块至最大，球体表面变得光滑。

第三部分：精通技巧——复杂模型与优化策略

3.1 多边形建模的拓扑结构

拓扑（Topology） 指模型中顶点、边和面的连接方式。良好的拓扑结构是模型可编辑、可动画、可导出的关键。

原则：

  • 四边形优先：尽量使用四边形面（Quads），避免三角形（Tris）和N-gons（多于四边的面）。
  • 避免极点：极点（Pole）是连接超过五条边的顶点，会导致细分曲面时产生扭曲。
  • 均匀分布：边和面的分布应尽量均匀，避免过密或过疏。

示例： 创建一个带有圆角的立方体。

  1. 绘制一个立方体，尺寸为100cm x 100cm x 100cm。
  2. 使用“偏移工具”向内偏移5cm，形成内框。
  3. 使用“推/拉工具”将内框推拉出5cm厚度，形成圆角的基础。
  4. 使用“柔化/平滑边线”工具，选中所有边线，调整滑块，使圆角平滑。
  5. 检查拓扑：使用“线框模式”查看，确保没有三角形面，所有面均为四边形。

3.2 使用插件扩展功能

SU的插件生态丰富，可大幅提升建模效率。常用插件包括：

  • Fredo6工具集：JointPushPull、RoundCorner、FredoScale等。
  • TIG的插件：TIG-Extrude、TIG-Offset等。
  • SketchUp Pro的扩展：如Solid Tools、Dynamic Components等。

示例： 使用Fredo6的RoundCorner插件制作圆角。

  1. 安装Fredo6工具集（通过SketchUcation或Extension Warehouse）。
  2. 绘制一个立方体。
  3. 选择“RoundCorner”工具，选中需要圆角的边线，设置圆角半径（如5cm）。
  4. 点击“应用”，生成平滑的圆角，且保持四边形拓扑。

3.3 模型优化与清理

常见问题：

  • 重叠面：两个面在同一位置，导致渲染时出现闪烁。
  • 多余边：不必要的边线，增加模型复杂度。
  • 非流形几何：如开放边、孤立顶点等，导致导出错误。

清理步骤：

  1. 使用“选择工具”选中所有几何体。
  2. 右键点击“软化/平滑边线”，取消柔化（便于检查）。
  3. 使用“视图”>“隐藏”>“隐藏几何体”查看内部结构。
  4. 使用“扩展”>“清理模型”（Clean Up）插件自动清理。

示例： 清理一个导入的CAD模型。

  1. 导入DWG文件，SU会生成大量线段和面。
  2. 使用“选择工具”选中所有几何体，右键点击“创建群组”。
  3. 使用“清理模型”插件，设置参数：删除重复边、合并共面、删除孤立顶点。
  4. 检查模型，确保没有重叠面和多余边。

3.4 高级曲面建模

SU本身不是曲面建模软件，但通过插件和技巧可以实现复杂曲面。

技巧：

  • 贝塞尔曲线：使用“贝塞尔曲线工具”插件绘制平滑曲线。
  • 细分曲面：使用“SubD”插件（如QuadFace Tools）进行细分建模。
  • NURBS转换：通过插件将SU模型转换为NURBS曲面，用于高精度设计。

示例： 制作一个汽车引擎盖的曲面。

  1. 绘制引擎盖的轮廓线（使用贝塞尔曲线工具）。
  2. 使用“推/拉工具”推拉出基本形状。
  3. 使用“QuadFace Tools”插件将模型转换为四边形网格。
  4. 使用“SubD”插件进行细分，调整控制点，形成平滑曲面。

第四部分：常见问题解析与解决方案

4.1 模型无法推拉或偏移

原因：

  • 面不共面（非平面）。
  • 存在重叠边或顶点。
  • 模型未闭合（开放边）。

解决方案：

  1. 检查面是否共面：使用“选择工具”选中面，查看属性面板中的“面积”是否为零。
  2. 删除重叠边：使用“线框模式”查看，删除多余边线。
  3. 闭合模型：使用“推/拉工具”将开放边推拉至闭合。

示例： 一个面无法推拉。

  1. 绘制一个矩形，但推拉时提示“无法推拉”。
  2. 检查发现矩形的一条边有重叠顶点。
  3. 使用“选择工具”选中重叠顶点，按“Delete”键删除。
  4. 重新推拉，成功。

4.2 模型导出后出现破面或变形

原因：

  • 模型拓扑不良（三角形面过多）。
  • 导出设置不当（如未选择“导出纹理”）。
  • 模型比例错误。

解决方案：

  1. 优化拓扑：使用“QuadFace Tools”插件将三角形面转换为四边形。
  2. 调整导出设置：导出为.obj或.fbx时，勾选“导出纹理”和“优化几何体”。
  3. 检查比例：使用“缩放工具”确保模型尺寸正确。

示例： 导出到Blender后模型变形。

  1. 在SU中，使用“QuadFace Tools”插件将模型转换为四边形网格。
  2. 导出为.obj文件，设置单位为厘米，勾选“导出纹理”。
  3. 在Blender中导入，检查模型是否完整。

4.3 插件冲突或崩溃

原因：

  • 插件版本不兼容。
  • 插件与SU版本不匹配。
  • 插件之间冲突。

解决方案：

  1. 更新插件：确保所有插件为最新版本。
  2. 分批启用插件：逐个启用插件，找出冲突源。
  3. 使用插件管理器：如“SketchUcation Plugin Manager”管理插件。

示例： SU频繁崩溃。

  1. 打开“扩展”>“插件管理器”，禁用所有插件。
  2. 逐个启用插件，每次启用后测试SU稳定性。
  3. 找到冲突插件（如Fredo6与旧版TIG插件冲突），更新或替换。

4.4 模型过大导致卡顿

原因：

  • 模型面数过多。
  • 使用了高分辨率纹理。
  • 未使用组件和群组。

解决方案：

  1. 简化模型：使用“简化几何体”插件减少面数。
  2. 优化纹理：将纹理分辨率降低至2048x2048以下。
  3. 使用组件：将重复元素创建为组件，减少内存占用。

示例： 一个大型场景卡顿。

  1. 使用“简化几何体”插件，设置简化比例为50%。
  2. 将所有树木、路灯等重复元素创建为组件。
  3. 将高分辨率纹理替换为低分辨率版本。

第五部分：实战案例——从草图到完整模型

5.1 案例：现代简约风格的客厅设计

步骤：

  1. 规划：确定客厅尺寸（5m x 4m x 2.8m），收集参考图。
  2. 基础建模：
    • 使用“矩形工具”绘制地面，尺寸5m x 4m。
    • 使用“推/拉工具”推拉出墙体，高度2.8m。
    • 使用“矩形工具”和“推/拉工具”创建窗户和门洞。
  3. 家具建模：
    • 沙发：使用“矩形工具”绘制底座，推拉出厚度，使用“柔化/平滑边线”制作圆角。
    • 茶几：创建为组件，便于复制和修改。
  4. 细节添加：
    • 使用“路径跟随工具”制作踢脚线。
    • 使用“材质工具”添加地板、墙面纹理。
  5. 优化与导出：
    • 检查模型，清理多余边线。
    • 导出为.obj文件，用于渲染。

5.2 案例：游戏角色道具——魔法杖

步骤：

  1. 规划：确定魔法杖的尺寸和风格（古典、奇幻）。
  2. 基础建模：
    • 使用“圆形工具”绘制杖身截面，直径5cm。
    • 使用“路径跟随工具”沿直线路径生成杖身，长度100cm。
  3. 细节建模：
    • 杖头：使用“推/拉工具”和“缩放工具”制作宝石形状。
    • 杖身装饰：使用“偏移工具”和“推/拉工具”制作浮雕。
  4. 拓扑优化：
    • 使用“QuadFace Tools”插件将模型转换为四边形网格。
    • 检查并修复三角形面。
  5. 导出与应用：
    • 导出为.fbx文件，导入游戏引擎（如Unity）。

第六部分：总结与展望

6.1 学习路径建议

  1. 初级阶段：掌握基本工具和简单模型创建。
  2. 中级阶段：学习组件、群组、插件使用，优化模型。
  3. 高级阶段：掌握复杂曲面建模、拓扑优化、多软件协作。

6.2 持续学习资源

  • 官方资源：SketchUp Help Center、YouTube官方频道。
  • 社区论坛：SketchUcation、SketchUp Community。
  • 在线课程：Udemy、Coursera上的SU建模课程。

6.3 未来趋势

  • AI辅助建模：SU未来可能集成AI工具，自动生成模型或优化拓扑。
  • 实时渲染：与Enscape、Twinmotion等实时渲染工具的深度集成。
  • VR/AR应用：SU模型直接用于VR/AR场景，提升设计体验。

结语

SU多边形建模是一个从简单到复杂、从理论到实践的过程。通过系统学习基础工具、掌握进阶技巧、解决常见问题，并结合实战案例，用户可以逐步从入门走向精通。记住，建模的核心是“规划-执行-优化”的循环，不断练习和反思是提升技能的关键。希望本总结能为您的SU建模之旅提供有价值的参考。