现在，3D打印已经成为大家经常提及的词汇。其实，3D打印之前的三维设计阶段，才是比3D打印更重要的环节。没有三维设计的3D作品，从某种角度来说，就是资源的浪费。举个不太恰当的例子，一个普通的塑料盆大约只有20元钱，拿3D打印机打印出来可能需要上百元钱，并且3D打印的盆子没有传统工艺制作的盆子结实。
当然，如果自己辛辛苦苦制作的作品，却只能停留在电子文档阶段，同样对自己的创意发挥、灵感实现不利。3D打印机的优势是可以将灵感转化为实物作品。以ABS和PLA为代表的3D打印耗材，可以比较长久地保存。所以，拥有一台3D打印机，几乎是每个创客的梦想。
但现实是，很多人仍然在等米下锅。一方面，3D打印机需要初始投资，一个精度比较高的打印机至少需要花费5000元以上。另一方面，打印耗材也需要持续投资，大约每克0.4~0.5元。缺少3D打印机，一切理想都处在虚无缥缈的阶段。
换个角度来思考：没有3D打印机，是否有其他手段将创意物化呢？其实，三维设计模型实体化的手段除了3D打印，还有将3D转为2D实体的手段，即使用平面材料，完成3D模型的制作。实现形式除了大家比较熟知的激光切割，还有3D纸模型。
3D纸模型，即将3D模型转为2D平面图，通过打印机将模型图纸打印出来，后期再通过剪刀、胶水等工具，手工将2D图纸还原为3D模型。
3D纸模型的优缺点都比较突出。优点包含以下几方面。第一，无需增加其他特殊设备，就可以用现有打印机完成模型的物化。第二，纸张耗材相比3D耗材，价格便宜且容易获得。第三，相比3D打印的模型制作速度，纸模型的制作速度更快，适合快速建模和批量建模。第四，模型上色比较容易，可以在纸张打印阶段进行颜色丰富的彩色打印。纸模型的缺点是怕水，水是纸的克星，制作纸模型必须注意防水、防潮问题。
3D模型转化为2D纸模型，主要有以下几个技术要点需要突破。
要点一:
什么样的模型适合转化为2D纸模型
答案很简单，使用多边形堆叠的模型适合转化为2D平面模型。圆球、圆柱和复杂的曲面结构不适合转化为2D平面模型。在此之前，我们需要先研究如何建模的问题。本文提及的作品都采用3DOne软件进行建模，3DOne是一款非常流行的适合3D入门学习的建模软件，可以通过简单方法，建立比较复杂的精准模型。但3DOne是一款非多边形建模软件，为了完成纸模型的建模，需要在建模过程中有很大的取舍。
以大家非常熟悉的球体为例，谁能成功地用纸张制作出一个非常规整的球体呢？看一下球体转化为平面图的过程（图1），大家就能更加直观地了解上面的答案了。拿剪刀和胶水复原球体几乎是一个不可能完成的任务。
图1 将球提转化为平面图
为了建立可以2D展开的3D模型，如何解决球体和圆柱体的建模问题呢？答案也很简单，以多边形代替圆进行建模。当然多边形的边数越多，越近似于圆。一般情况我们使用大约12以上的边形，代替圆建立球体。
图2是一个使用六边形堆叠的球体，它与实际球体差别很大，需要改进。但是大家看右侧的展开图会发现这个模型处于可制作的范畴内。
图2 六边形堆叠的球体及其展开图
要点二:
如何将3D模型快速转化为2D纸模型
本文中我们采用“纸艺大师”（Pepakura Designer）进行3D模型到2D模型的转化。
纸艺大师”是一款可以将3D模型转化成展开图的软件，只按一个按钮即可作成展开图，再用各种纸编辑功能，可设计“好看、有趣、容易作”的展开图。
“纸艺大师”有着非常简洁的窗口，左侧是3D模型窗口，使用菜单中文件—>打开，可以将制作的stl、obj等“纸艺大师”支持的三维模型文件载入本窗口。通过点击Unfold菜单，软件可以将3D模型自动在右侧窗口展开为2D图纸。
如果对自动展开的2D图纸不满意，使用下面的工具，比如“编辑贴边”工具对3D模型进行编辑，可以改变2D图纸的效果。工具栏的具体含义，可以通过鼠标悬停的方式，在软件右下角查看工具的含义。如果对图纸展开不满意，还可以通过“Unfold Undo”按钮撤销展开。
模型制作过程中的一个重要问题是，设计和制作一致性问题。例如，设计的机器人高度为180mm，如何让展开的图纸也是这个尺寸，这需要大家注意设置2D菜单->更改缩放，将缩放系数更改为1，即原比例大小。
关于展开后文件保存的问题，需要使用菜单->文件->保存，保存pdo文件，以便“纸艺大师”继续做后期处理。同时使用导出菜单，导出BMP位图文件，用于图纸的打印。
要点三:
模型如何上色
模型上色，一般可分为3D模型建立阶段的上色、平面化后的上色和手工补色三种方法。
方法一，模型建立阶段的上色。“纸艺大师”提供stl、obj文件的导入展开，stl文件不包含贴图文件。为此，我们必须使用3DOne（教育版）来进行纸模型的制作。如图3，在3DOne（教育版）右侧点击向右的箭头，打开材质渲染窗口，使用导入图片的方式进行贴图。需要注意的是，贴图文件必须为英文和数字文件名，不能包含中文，否则贴图文件是无效的。使用贴图处理的obj展开文件效果如图4。
图3 导入图片贴图
图4 使用贴图的3D作品展开图
方法二，平面化后上色。在使用“纸艺大师”展开模型之后。可以使用PhotoShop、光影魔术手等图片工具对BMP文件进行二次处理。
方法三，手工补色。当然大家也可以导入不含颜色的图纸，使用手绘的方式，手工DIY纸模型。
要点四:
如何选择纸张
制作纸模型，纸张选择是一个关键环节，太薄的纸张，存在软和粘胶水变形的问题。制作纸模型，需要使用120g以上的纸张作为制作材料。在打印模型前，请确认自己的打印机支持对应纸张的打印，以免损坏打印机。
要点五:
如何剪裁、折叠、粘贴、保存纸模型
纸模型的后期制作，主要是考验动手能力和耐心问题。剪裁的时候，要防止出现多剪的问题。折叠纸模型有一个技巧，就是在折叠前用直尺和曲别针等工具，划出折痕线，这样折叠比较规范。粘贴时，胶水要均匀，不能出现漏粘的情况，更不能图省事使用双面胶进行粘贴。纸模型在保存中要注意防水防潮，这样自己的作品就可以做到长久保存。
（作者单位：北京宏志中学 山东烟台经济技术开发区实验小学）
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