基于UE5和ROS2的激光雷达+深度RGBD相机小车的仿真指南(五)：Blender锥桶建模

前言

本系列教程旨在使用UE5配置一个具备激光雷达+深度摄像机的仿真小车，并使用通过跨平台的方式进行ROS2和UE5仿真的通讯，达到小车自主导航的目的。
本教程默认有ROS2导航及其gazebo仿真相关方面基础，Nav2相关的学习教程可以参考本人的其他博客Nav2代价地图实现和原理--Nav2源码解读之CostMap2D(上)-CSDN博客
往期教程：
UE5系列教程:
- 第一期:UE5-C++入门教程(一)：使用代码创建一个指定目标的移动小球-CSDN博客
- 第二期:UE5-C++入门教程(二)---编写Editor类别的自定义模型实现小球规划路线的可视化-CSDN博客
- 备注：最近博主在unity开发独立游戏，UE5系列的相关长期教程先暂时不更新了_{请大家多多谅解}
本教程环境支持：
- UE5.43
- ubuntu 22.04 ros2 humble
本期我们来讲一下如何使用blender完成一个锥桶的建模和贴图，本节的最后我们会得到下面这样的效果

01 Blender介绍

Blender 是一款开源且免费的3D建模软件，广泛用于3D建模、动画、渲染、视频编辑、游戏设计等多个领域。

多功能性：它不仅仅是一个3D建模软件，还包含了完整的动画制作、渲染、视频编辑和游戏设计功能。
开源：Blender的源代码是开放的，用户可以自由地查看、修改和分发。
跨平台：Blender可以在Windows、macOS和Linux等多个操作系统上运行。
社区支持：由于其开源的特性，Blender拥有一个庞大的社区，用户可以通过社区获得技术支持和教程。
教育用途：由于其免费和开源的特性，Blender被广泛用于教育和培训中，帮助学生学习3D建模和动画制作。
商业用途：尽管是免费的，但Blender的专业功能使其在商业领域也得到了广泛应用，许多专业的3D艺术家和工作室都在使用它。

02 安装

我们打开blender官网下载页面Blender官网选择LTS版本进行下载
根据提示一路next，选择安装路径然后install即可
安装好后点击blender图标，初次进入可以进行偏好设置
打开界面会有如下界面

3 Blender快速入门

基础操作

使用鼠标滚轮中键可以进行场景的选择
使用鼠标滚轮中键+shift可以进行移动
左侧的工具键有一些基本的移动缩放按钮
我们使用鼠标左键框选界面的全部物体，右上角的提示栏会显示基本的物体
我们一般设计建模物体的时候不需要光源和摄像头，选中他们，点击delete键删除
选择基础的立方体，我们点击键盘上的N，可以看到此立方体的基础属性
有时候我们要进行小物体建模的时候，我们希望物体的尺寸是cm，我们在右侧场景栏目更改缩放单位和长度的基本单位
这是你的网格会出现类似下述的状况，我们在右上角找到试图叠加层
把缩放更改回和上述单位设置的缩放单位一致就行了，可以看到网格恢复一致了

4 快速建模

4-1 数据确认

从实验室顺一个锥桶我们简单测一下数据

4-1 底盘平面和编辑模式

我们在上侧'添加'点击网格，选择创建一个平面
调整尺寸为21cm✖21cm，并设置为Z识图俯视
我们选中物体，进入编辑模式
物体模式（Object Mode）和编辑模式（Edit Mode）是Blender中用于操作3D物体的两种主要模式。它们在Blender的用户界面中通过一个模式选择器进行切换，通常位于3D视图的底部。
- 物体模式（Object Mode）：物体模式是默认的模式，当你在Blender中打开一个新文件或者创建一个新的物体时，你通常是在物体模式下。在物体模式下，你可以执行以下操作：
  - 移动、旋转和缩放整个物体。
  - 选择、添加、删除物体。
  - 设置物体的变换中心点。
  - 应用变换（例如，将移动、旋转或缩放变换应用到物体的几何数据上）。
  - 创建父子关系，将一个物体作为另一个物体的子物体。
  - 设置物体的渲染属性，如材质、纹理和灯光。
- 编辑模式（Edit Mode）：编辑模式是用于编辑物体内部几何结构的模式。当你切换到编辑模式时，你可以访问和修改物体的顶点、边、面和体。在编辑模式下，你可以执行以下操作：
  - 选择、移动、旋转和缩放物体的顶点、边或面。
  - 删除或添加几何元素。
  - 对几何元素进行布尔运算（合并、差集、交集）。
  - 使用各种建模工具，如倒角、循环切割、挤出、缩放、扭曲等。
  - 设置边的权重，用于平滑着色和变形。
  - 使用雕刻工具，对物体进行精细的雕刻和塑造。

4-2 快速细分

选择平面，右键，选择细分
选择切割次数为7,这样21cm/7=3cm一个格
我们现在进行中间锥形的掏空，锥底部是15cm，21-15=6cm，一边就是3cm一个格子，拖动选择中间的格子
按住i进行inset，拖动选中框的角，进行适当缩放（inset 是一个用于编辑模式的建模工具，它允许用户在选定的面上创建一个向内的倒角或切口。这个工具在创建复杂的几何形状或添加细节时非常有用。）
让点击键盘的x进行删除，选择面x
删除完变成下述如下
我们选中上述轮廓，点击alt+shift+s进行求球面化，这时候你的鼠标变成一个球型化箭头
往外拖得到球型化的结果
然后右键选择平滑顶点
选择重复到5
然后再次进行alt+shift+s进行再次球型化

4-3 拉伸锥体

我们切换到侧视图
保持刚刚中心轮廓存在的同时点击e进行Extrude(Extrude（挤出）是一个用于编辑模式的建模工具，它允许用户从选定的几何元素（如顶点、边或面）中创建新的几何元素。),同时按住ctrl向上拖动，可以进行跨整网格进行移动，同时我们设置Z为26cm
按住S进行Scale缩放，5.5cm/15cm=0.3666的缩放比
我们转一个视角，选择上方轮廓如下图所示
点击S继续进行缩放，3.5cm/5.5cm=0.636
点击E向下稍微拉伸
ctrl+R 进行 Loop Cut,Loop Cut（循环切割）是一个用于编辑模式的建模工具，它允许用户在选定的几何元素（如面或边）之间添加等距的循环边。Loop Cut 工具通常用于细分模型，增加细节，或者改善模型的拓扑结构。
同理我们在锥桶两侧也添加loop cut

4-4 锥桶底部

点击底边屏幕的一条边，alt+左键双击全选整个面
键盘点击e进行向下拉伸，和上面的操作一致

4-5 基本型细分

我们切回物体模式![[Pasted image 20240907153325.png]]
选择整个物体，右键进行平滑着色
然后点击ctrl+2进行细分,我们进行级别2的细分
同时我们再次使用环切提前把反光条的位置画出来

5 贴图和材质渲染

5-1 着色

点击右上角的试图着色方式
点击正上方进入Shading模式, Shading（着色）是3D渲染中的一个重要步骤，它涉及到为3D模型表面添加颜色、纹理和光照效果，以模拟真实世界中的视觉外观。在Blender中，着色主要通过节点编辑器来完成，这个过程可以极大地影响最终渲染图像的质量和外观。
着色的基本概念
1. 材质（Material）：材质定义了物体表面的视觉属性，如颜色、纹理、反光率等。
2. 纹理（Texture）：纹理用于添加细节到材质上，如木纹、布料纹理等。
3. 光照（Lighting） ：光照是模拟光线如何与物体表面交互的过程，包括反射、折射和阴影等。

5-2 Node Wrapper

在编辑视图找到偏好设置
在插件中使能Node Wrangler：Node Wrangler是Blender中的一个强大插件，旨在提高节点编辑的效率和便捷性。以下是关于Node Wrangler插件的基本信息、功能和使用教程的总结：主要功能
1. 快捷键组合：Node Wrangler提供了许多快捷键，可以大大提高工作效率。例如，通过快捷键可以快速重新加载节点树中使用的所有图像，无需手动加载5。
2. 节点选择和操作：用户可以快速选择、复制和粘贴节点，以及根据不同标准对节点进行标签和重命名812。
3. 节点管理 ：插件可以帮助用户管理复杂的节点树，通过分组、折叠和整理节点来简化工作流程13

5-3 材质（Material）和纹理（Texture）

以下几个小节为了方便查询，我们在设置-偏好中把语言改为英文
我们来创建一个全新的材料，点击下方的按钮new，取名为body
新建的材质会出现如下的材质
点击shift+A可以添加新的组件，我们添加下述几个材质
效果如下==(注意这里的材质由于缩放比例的原因发生了变形，后续6-3修正后会变回去)==

6 反光带贴图

6-1 添加材质

然后我们回到编辑模

型，alt+鼠标左键x选择中间的部分
我们在右侧添加一个新的材料
点击Assign应用到实体上
如此依赖基本的锥桶就有了，接下来我们来添加贴图==(注意这里的材质由于缩放比例的原因发生了变形，后续6-3修正后会变回去)==

6-2 找寻贴图材质

我们在任意素材网站上找到想要贴上去的图片，这里我找了一个反光的贴图
我们即将使用到的一个名为Unwrap的功能，Unwrap（UV展开）是Blender中的一个关键功能，主要用于将3D模型的表面展开成2D平面，以便于后续的纹理映射和绘制。在3D建模中，UV展开是一个重要的步骤，它涉及到将3D模型的表面（通常称为"网格"或"几何体"）展开成一个或多个2D平面，这些平面称为"UV贴图"。这个过程允许艺术家在一个平面上设计纹理，然后将这些纹理应用到3D模型的表面。通过UV展开，艺术家可以精确控制纹理在模型上的分布，从而实现更加细致和真实的视觉效果。

6-3 重要检查

在进行unwrap前我们必须要做到一下几个基础要求，否则unwarp展开的图片会变得和奇怪，我们必须保证我们的主体实物的位置和旋转分别是0，0，0，此外缩放比必须是1：1：1（如下图，我的缩放比不正确，我们必须进行修正）
我们选中物体，ctrl+A，选择旋转+缩放
这时候你会发现我们的缩放比被修正为1：1：1