3D模型优化10个最佳实践

对于许多在建模、渲染和动画方面经验丰富的 3D 建模者来说，3D 优化可能是一个令人畏惧的过程 - 特别是当你正在优化实时应用程序的 3D 模型时！在 Google 上快速搜索“如何优化 3D 文件”将会出现一些建议，例如减少多边形数和消除多余的顶点。

然而，针对实时应用程序优化 3D 文件存在许多细微差别，这些细微差别可能会让 3D 建模者感到不知所措。无论你是在优化 Sketchup 或 Revit 建筑文件，还是在 Solidworks 中创建的工程模型，都需要牢记一些要点，在优化 VR 3D 模型时，我们将这些要点汇总到了最佳实践列表中。

1、实例化重复零件

想象一下重新处理相同的 3D 网格一百次。听起来像是浪费资源，对吧？这正是游戏引擎处理文件中重复网格时发生的情况。无论你的模型是由数千个螺栓组成，还是多次包含相同的门模型，在渲染你的设计时，这些重复的零件都会重复处理。

虚幻引擎中的 3D 模型显示了各种重复的零件

你可以实例化重复项并创建它们的克隆，而不是处理相同的重复项并使用设备上的其他资源。现在，当你编辑或渲染模型时，所有实例都会立即收到更新并更有效地进行处理。速度和效率是在 VR 中实现优化的实时可视化的两个关键要求。

2、修正重叠或隐藏的部分

丢失或隐藏零件是由多名设计师处理同一项目的 3D 团队中的常见问题。例如，在设计过程中，用户可能会隐藏某个部件而不是将其从项目中删除，而下一个用户导出文件时并不知道存在隐藏的部件或图层。该问题也可能是由于转换过程中的错误造成的。如果一个零件太复杂，它可能会意外地被转换两次。无论哪种方式，隐藏的部分都会消耗额外的资源，从而损害 CPU 的处理能力。

最好检查并找到隐藏部分并将其删除，以避免实时可视化中不必要的延迟。

图像显示重叠的弹簧

3、减少面数

移动 VR 耳机具有标准 FPS，你需要保持在该标准内，以避免出现滞后问题和晕动病。这通常在 60 到 90 FPS 之间。详细且高多边形的 3D 模型是 FPS 缓慢的主要原因。减少面数可以降低模型的复杂性，从而：

游戏引擎渲染速度更快，实时性能提高
3D 建模者可以更轻松地编辑网格、纹理和 UV 展开它。

对于 Autodesk Maya 用户来说，新的 2020 版本配备了新的重新网格和重新拓扑工具，用户可以控制修改设置。对于需要简化的单个零件，Maya 的工具提供了一个很好的解决方案。

4、应用 LOD

当 3D 模型远离相机时，应用细节级别 (LOD) 可降低 3D 模型的复杂性，从而消除多余的细节。应用 LOD 会删除网格特征，例如开口、间隙、凹凸、透明度等。当网格靠近相机时，LOD 会渲染出所有所需的细节。但当网格远离相机时，网格会与自身质量较低的版本进行交换，从而卸载来自 CPU 或 GPU 的渲染请求。

应用 LOD 时要记住的另一个因素是体积分辨率。在可视化中不重要的较小对象不需要与较大对象一样高的分辨率。例如，在为食品制造厂创建可视化时，模型的较大部件（例如传送带和机械臂）可以具有更详细的分辨率，而机械不同部件上的螺栓和螺钉可以采用低得多的 LOD。

Autodesk Maya 的全新重新拓扑工具和全新虚幻引擎 LOD 生成器可帮助 3D 开发人员达到最佳 FPS。

5、减少材质数量

3D 模型中的材质过多会增加文件大小和复杂性，使其难以在实时游戏引擎中使用。保留尽可能少的材料对于实时优化 3D 模型非常重要。另一个好的做法是使用纯色而不是图像纹理，因为它们更容易渲染。

生成 LOD 时，你会创建较低分辨率的多边形网格，并以较低的分辨率创建材质 LOD 副本。创建材质 LOD 后，最好检查 LOD 材质是否具有任何金属、透明度或不透明属性。如果存在，则可以将其删除，因为你不太可能在渲染中看到任何这些功能。

6、生成新的法线

基于物理的渲染（PBR）是改进实时可视化的重要一步。 PBR 使用一些可快速计算的参数来近似材料的最佳属性（参考）。为了生成 PBR 的准确结果，3D 引擎在方程中使用多边形法线。因此，CAD 转换后生成准确的法线对于最终结果至关重要。反射、漫射、透明度、粗糙度和金属度在很大程度上依赖于法线。

在多边形网格转换期间，法线可能会被错误地面对。渲染模型时，倒置的面会创建不正确的着色器。为了避免这种情况，3D 建模者必须手动确保所有面都朝向正确的方向，就像在游戏引擎中渲染之前的 Maya 一样。

反转法线会在渲染中产生阴影

7、整理大纲

大纲是模型的支柱。它组织 3D 文件中的每个零件或节点，以及在你需要移动或操作场景中的组或单个网格时连接零件和父级。凌乱的大纲不仅会使模型难以使用，还会在导入或保存过程中引起问题。

在将 CAD 转换为多边形网格的过程中，在许多情况下，所有网格的位置、旋转和比例都会转换为单独的父级。这意味着网格将具有多个父节点，每个父节点都包含上述属性之一。这种多重父问题会产生大量无用的数据集，通常会导致软件崩溃。

为了部分解决这个问题，Autodesk Maya 和其他软件包提供了冻结变换工具，该工具可以重置网格变换，从而消除上述的父依赖性。现在可以安全地删除这些空父节点，而无需移动、旋转或重新缩放网格。但问题是，将冻结变换工具应用于大文件中的所有网格可能会导致崩溃。此外，手动删除所有网格的空父节点也是一个繁琐的过程。

右：优化前的大纲。左：优化后的大纲

除了冻结和删除多个父节点之外，汇总工具还可以删除空节点。一些空节点携带对可视化无用但占用空间的元数据，例如历史记录、零件 SKU、制造信息等。删除这些空节点是减少不必要的数据复杂性的简单方法。

8、合并相邻网格

正如上一节所讨论的，最小化的大纲对于 VR 开发的优化工作流程至关重要。实现此目的的另一种有效方法是组合相邻网格。例如，将五个螺钉组合成一个网格 - 因此在大纲视图中它显示为一个节点而不是五个。组合零件将有助于使大纲视图更易于管理，并使零件选择和操作方式更加高效。

组合网格还可以减少对 CPU 和 GPU 的处理绘制调用的数量。例如，当你组合了五个螺丝时，渲染时将只有一个绘制调用，而不是五个绘制调用。这有效地帮助提高你的 FPS。最后要注意的一件事是，组合网格后，UV 壳将全部移动到一个新的 UV 集，该集与壳重叠。打开 UV 编辑器来组织 UV 布局。

9、重新拓扑模型

重新拓扑是通过更优化的几何形状改善网格边缘流的过程。这一步尤其重要，你需要将面数从数百万减少到数百。但是，如果你在不先生成 LOD 的情况下开始应用重新拓扑工具，则重新拓扑可能会导致不正确的边流出现错误。确保首先使用 LOD 生成器或 Autodesk Maya 的“减少网格”工具来减少面数。较少的面数有助于软件最大限度地减少 CPU 使用率并加快重新网格划分过程和准确性。

10、删除不必要的物体

删除可视化中不需要的部分是实时优化 3D 模型的另一种好方法。这包括额外的节点、网格、材质和纹理，这些都会增加文件大小并使您的项目难以实时渲染。例如，在汽车模型的可视化中，移除大量内部零件（例如螺钉或电线）将显着降低文件的复杂性和大小，从而使其更适合实时可视化。移除螺钉等结构部件不会影响模型的完整性，因为机械和物理属性不适用于游戏引擎。