BRep模型的主要优点与缺点
BRep建模（边界表示建模）是CAD应用中最常见的建模类型。
简而言之，BRep是一种数学上精确表示3D对象的方法，它定义了实体几何体与非实体几何体之间的几何边界。
BRep对象的形状和轮廓并不是由可简化的对象（如多边形和顶点）构成，而是由各个曲面之间的数学关系定义的。
看看图片中的保险杠。
保险杠不是由诸如多边形等小部件定义的，而是作为一个独立的对象存在，其形状由其表面相对于3D空间中XYZ轴的位置和曲线决定。
表面旋转的方程、Y轴上微弱的S形曲线的方程，以及Z轴上保险杠底部类似弯头隆起的方程，再加上无数个精确的方程来描述每个轴上的每个面，构成了一个完整的BRep对象。
| 优点 |
缺点 |
| BRep对象具有数学精度，使设计师和工程师能够构建其设计的“完美”表达。 |
BRep文件格式本质上数据量较大，存储了大量占用磁盘空间的元数据。 |
| 与其他建模技术不同，BRep允许你放大而不失“分辨率”，无论放大多少倍，BRep的曲线始终保持曲线形态。 |
在需要可视化、渲染和动画时，BRep的处理能力不足。 |
| BRep的数学精度使其非常适合制造应用。 |
利用BRep的精确公式再现有机或自然对象十分困难。 |
尽管BRep的特性使其成为制造工程师和设计师的理想格式，但在可视化和渲染方面存在显著限制。
多边形建模的主要优点与缺点
多边形（或多面体）建模是视频游戏和动画工作室中最常见的建模类型。
这种建模方式涉及利用称为“tris”（三角形）或“polys”（多边形）的较小组件构建3D对象。
多边形或三角形是一个完全平坦的形状，由其顶点（或点）的位置以及连接它们的边定义。
任何形状的复杂模型都可以完全由三角形和多边形构建。随着设计师对更高保真度设计（更光滑的表面、更丰富的细节等）的需求增加，他们可以提高模型中的多边形数量。
| 优点 |
缺点 |
| 多边形模型最易于渲染和可视化，因为现代计算机针对多边形处理进行了优化。 |
使用多边形进行建模缺乏精确性，并且容易引入人为错误。 |
| 多边形建模使设计师能够创建更独特且有机的设计（如人物、动物等）。 |
多边形模型并不适用于所有分辨率。 |
| 多边形模型由较小的组件（多边形和三角形）构成，因此可以更自然地变形和实现动画效果。 |
多边形建模可能非常耗时，尤其是对于复杂设计而言。 |
多边形模型的特性使其适用于那些对精度要求不高而对视觉表现要求较高的应用，这也是它们主要在动画工作室和视频游戏工作室中使用的原因。
点云模型的主要优缺点
点云建模通常用于3D扫描对象的过程中。
通过点云建模，不是通过数学公式定义表面或从三角形等基本形状构建表面，而是通过沿着曲面密集排列的顶点（点）来表示3D对象。
在足够高的分辨率和点密度下，点云模型可以准确地表达几乎所有3D对象的特征。事实上，点云3D扫描甚至用于创建如人脸等高度复杂对象的3D表示。
点云数据不仅仅用于扫描对象，它还可以用于仿真。
在有限元分析中，点云可以用来表示实体对象，将数学上复杂的CAD表面简化为相对有限数量的点，使工程师和科学家能够模拟物体在受力下的行为及其变形。
| 优点 |
缺点 |
| 点云模型可以使用有限数量的元素（点）准确地表示相对复杂的对象。 |
点云模型没有BRep那么精确，无法生成数学上完美的曲线。 |
| 利用3D扫描技术和CAD转换软件可以最快地创建点云模型（不建议从零开始构建）。 |
点云数据不包含表面信息，因此不能直接用于渲染或制造。 |
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将点云数据转换为精确的BRep或多边形模型非常困难。 |
多边形模型的特性使其适用于那些对精度要求不高而对视觉表现要求较高的应用，因此它们主要在动画工作室和视频游戏工作室中使用。
体素模型的主要优缺点
3D中的体素就像2D中的像素一样。
首先，让我们来思考一下像素是什么：你在电脑屏幕上看到的一切都是由称为“像素”的非常小的正方形构成的。
大多数现代电脑配备了“高分辨率”显示器，这使得像素非常小且数量众多，以至于几乎看不见，但这使得文字、图片和符号等显示得十分平滑。
体素本质上是3D像素，但它们是完美的立方体而非正方形。
理论上，体素是复制现实的完美建模技术。
毕竟，我们的世界由类似体素的物质构成（虽然要小得多，我们称之为“基本粒子”），只要密度足够高（或分辨率足够高）并采用合适的渲染技术，我们就可以用体素重现与真实难以区分的物体。
但实际上，目前还没有主流方法可以轻松地利用体素创建复杂且高分辨率的物体。虽然有一些有前景的尝试（如上图中的Atomontage），但对于真正复杂的设计，前述其他建模方法更快、更简便。
此外，现代计算机并未针对体素渲染进行优化——大多数硬件都是为多边形渲染而设计，高分辨率的体素对象会给现有硬件带来巨大压力。
尽管尚未成为主流，体素建模目前在一些特定应用中已经显示出其价值：
体素目前在许多科学领域中用于快速确定体积数据。例如，在基于体素的形态测量中，研究人员可以利用体素比较脑组织的密度差异。地质学家常用体素建模技术来模拟地形和海拔等地质特征。此外，基于体素的建模还可用于可视化和测量从流体到城市绿地等各种物体的体积。体素在需要模拟单个粒子行为的仿真技术（例如智能材料的仿真）中也非常有用。
这正是体素真正发挥作用的地方。
能够以离散、可简化的单元（如粒子）来表示复杂物体，使其成为模拟复杂物体实际行为的极为强大的工具。
| 优点 |
缺点 |
| 由于体素模拟粒子，它们是所有其他建模类型中最“精确”的3D构件。 |
如果不采用昂贵的技术（如3D扫描），使用体素创建复杂物体非常困难。 |
| 体素开辟了其他建模技术无法实现的新型仿真方法。 |
体素建模缺乏BRep建模的数学精度。 |
| 体素是快速建模和可视化体积数据（尤其是自然和有机形态）的最简便方法。 |
现有计算机硬件主要针对多边形渲染进行了优化，尚无专门硬件能高效渲染高分辨率体素。 |
混合建模过程
混合建模将3D建模的四大主要元素——BRep建模、多边形建模、点云建模和基于体素的建模——的优点整合到一个工作流程中。
传统上，为了处理所有这些模型类型，你需要使用四种不同的软件：你先用一种方法（如BRep）创建模型，然后使用CAD转换软件将BRep数据转换为另一种格式，接着在另一款软件中打开该文件并进行修改。
由于种种原因，这个过程极为繁琐。
如果你使用BRep开发了新产品，需要快速进行可视化或渲染以用于宣传，该怎么办？如果在可视化之后，创意团队建议对BRep进行修改，又该如何处理？
如果你希望利用点云数据对BRep模型进行仿真，并将仿真结果反馈到原始BRep中，又该如何操作？
这需要在不同软件之间切换，进行文件转换并每次手动修正，不仅耗时，还容易产生人为错误，在CAM（计算机辅助制造）和CAE（计算机辅助工程）等行业中可能会导致巨大成本。
这正是“混合建模”发挥作用的地方。
像Spatial的CGM这样的软件开发工具包允许3D开发者将混合建模功能原生集成到他们的工具集中，使设计师和工程师能够在不同建模类型间无缝切换而不丢失数据，同时使工程师能够利用BRep文件运行任意仿真，并自动将结果调整回模型中。
这种在不同环境和建模技术之间的切换，就是混合建模的过程。
功能强大的混合建模软件可以加速模型创建过程，并填补3D模型中常见的空白（例如基于粒子的工程模型行为仿真）。
混合软件能够识别这些空白，并允许用户在过程中进行相应调整。
混合建模：终极解决方案
对设计师和工程师来说，好消息是：你不再需要明确决定哪种建模类型最适合你。
各行各业的工程师、建筑师和设计师现在可以在BRep、多边形、点云和体素之间无缝切换，充分利用各自技术的优势，同时将缺点降至最低。
再也没人会说“你不能兼得两全其美”了！
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