徐國艷 蘇家有

摘 要：學(xué)習(xí)三維建模的人必須在掌握三維建模的流程（創(chuàng)建模型、UV拆分、貼圖繪制、燈光設(shè)置、渲染設(shè)置）基礎(chǔ)上，學(xué)習(xí)和掌握其相關(guān)的建模技巧和造型能力，了解模型的精度級別以及制作規(guī)范，才能做出精美的模型。

關(guān)鍵詞：maya；UV拆分；流程

中圖分類號：TP37 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A

1 引言（Introduction）

3D建模通俗來講就是通過三維制作軟件通過虛擬三維空間構(gòu)建出具有三維數(shù)據(jù)的模型。3D建模大概可分為：NURBS和多邊形網(wǎng)格。NURBS對要求精細(xì)、彈性與復(fù)雜的模型有較好的應(yīng)用，適合量化生產(chǎn)用途。多邊形網(wǎng)格建模是靠拉面方式，適合做效果圖與復(fù)雜場景動(dòng)畫。綜合說來各有長處。

3D是three-dimensional的縮寫，就是三維圖形。在計(jì)算機(jī)里顯示3D圖形，就是說在平面里顯示三維圖形。不像現(xiàn)實(shí)世界里，真實(shí)的三維空間，有真實(shí)的距離空間。計(jì)算機(jī)里只是看起來很像真實(shí)世界，因此在計(jì)算機(jī)顯示的3D圖形，就是讓人眼看上就像真的一樣。人眼有一個(gè)特性就是近大遠(yuǎn)小，就會(huì)形成立體感。計(jì)算機(jī)屏幕是平面二維的，我們之所以能欣賞到真如實(shí)物般的三維圖像，是因?yàn)轱@示在計(jì)算機(jī)屏幕上時(shí)色彩灰度的不同而使人眼產(chǎn)生視覺上的錯(cuò)覺，而將二維的計(jì)算機(jī)屏幕感知為三維圖像。基于色彩學(xué)的有關(guān)知識，三維物體邊緣的凸出部分一般顯高亮度色，而凹下去的部分由于受光線的遮擋而顯暗色。這一認(rèn)識被廣泛應(yīng)用于網(wǎng)頁或其他應(yīng)用中對按鈕、3D線條的繪制。比如要繪制的3D文字，即在原始位置顯示高亮度顏色，而在左下或右上等位置用低亮度顏色勾勒出其輪廓，這樣在視覺上便會(huì)產(chǎn)生3D文字的效果。具體實(shí)現(xiàn)時(shí)，可用完全一樣的字體在不同的位置分別繪制兩個(gè)不同顏色的2D文字，只要使兩個(gè)文字的坐標(biāo)合適，就完全可以在視覺上產(chǎn)生出不同效果的3D文字。

建模的軟件有很多，常見的有3D MAX、AutoCAD、MAYA、Softimage、Houdini、Lightwave等。3D模型繪制貼圖的軟件有photoshop、mudbox、bodypainter、zbrush等。

2 項(xiàng)目實(shí)例說明（Project examples）

下面以maya和photoshop軟件為基礎(chǔ)，以一個(gè)牙膏盒為例為大家說明一下三維建模的基本流程，學(xué)習(xí)三維建模的人必須在掌握三維建模的流程基礎(chǔ)上，然后學(xué)習(xí)和掌握其相關(guān)的建模技巧和造型能力，才能做出精美的模型。

2.1 建模前的準(zhǔn)備工作

（1）制定合理的場景單位，如果是個(gè)大型的項(xiàng)目，需要幾個(gè)人配合來做，那么制作一個(gè)統(tǒng)一的標(biāo)準(zhǔn)是必需的。

（2）建模精度的認(rèn)定及標(biāo)準(zhǔn)。

按照模型服務(wù)的對象以及鏡頭對建模精度做一下分類，見表1。

表1 建模精度分類及標(biāo)準(zhǔn)

Tab.1 The modeling accuracy of classification and standard

模型精度級別 技術(shù)要求 服務(wù)對象 鏡頭級別 是否可用貼圖表現(xiàn)結(jié)構(gòu)

I級精度模型 外形，紋理與實(shí)際圖片相同，模型細(xì)節(jié)內(nèi)容與附屬內(nèi)容需做出，模型與照片保持一致 電影 特寫、近景 不可

II級精度模型 造型與細(xì)節(jié)的顏色，形狀與實(shí)際保持一致，可減少模型附屬元素 電視劇 近景、中景 可以

III級精度模型 不必面面俱到細(xì)致到所有細(xì)節(jié)，可以采用白模貼圖的方式表現(xiàn) 游戲

電視劇 遠(yuǎn)景、全景 可以

（3）模型的制作規(guī)范及要求。

a.建模時(shí)，模型的法線一定朝外，防止渲染時(shí)出現(xiàn)死黑現(xiàn)象。

b.不允許對兩個(gè)以上的物體或者一個(gè)組進(jìn)行命令操作，否則會(huì)對以后的模型修改工作造成麻煩。

c.模型不允許現(xiàn)穿插，點(diǎn)未合并現(xiàn)象。

d.貼圖可從照片中截取或拼合作為貼圖素材，在使用照片制作貼圖的過程中，盡量去除貼圖中不屬于模型本身的東西。

e.貼圖保存的長寬尺寸必須為2的N次方。

f.貼圖命令必須按規(guī)范進(jìn)行操作：項(xiàng)目名稱拼音或英文_模型單體名稱拼音或英文_貼圖編號。

g.材質(zhì)名稱必須與貼圖名稱一致。

（4）首先要選定好參考圖（網(wǎng)上下載或利用真實(shí)的盒子掃描均可），將參考圖導(dǎo)入photoshop軟件中調(diào)整成正方形（選取正方形的原因是在maya軟件建立正方形平面比較容易，這樣參考圖也不會(huì)變形），本例調(diào)整為900*900像素。

2.2 三維模型的制作流程

（1）啟動(dòng)軟件，創(chuàng)建工程文件

工程文件，就是在創(chuàng)建一個(gè)比較大的項(xiàng)目時(shí)需要?jiǎng)?chuàng)建的一系列文件和文件夾。在C：＼Documents and Settings＼“計(jì)算機(jī)名”＼My documents＼maya＼projects＼default文件夾下面有maya默認(rèn)的工程文件，如圖1所示，這里的文件夾不止10個(gè)。

有san個(gè)文件夾是必須了解的文件夾。scences文件夾用來存放項(xiàng)目文件，sourceimages文件夾用來放置貼圖素材文件，images放置渲染效果圖。

（2）在maya軟件，新建一個(gè)NURBS平面，為NURBS平面賦予lambert材質(zhì)，在lambert材質(zhì)的顏色節(jié)點(diǎn)上導(dǎo)入?yún)⒖紙D，然后創(chuàng)建一個(gè)立方體，修改點(diǎn)的位置建立如圖2所示模型。

（3）為模型拆分UV，拆分UV沒有一個(gè)固定的格式，只要UV點(diǎn)分布均勻，沒有拉伸，然后全都分布在第一象限即可。如圖3所示，在UV紋理編輯器中，單擊select faces to moved in UV space（在UV空間移動(dòng)選擇面）圖標(biāo)，可以將我們映射完成的UV自動(dòng)在0—1的這個(gè)范圍內(nèi)進(jìn)行一個(gè)排列。這個(gè)命令對于不規(guī)則的生物模型或者其他不規(guī)則模型是非常有用的，在整理UV之前檢查投射面是否都是藍(lán)色，如果有紅色的，可用UV紋理編輯器中的Flip selected UVs in U direction工作反轉(zhuǎn)。

UV：在動(dòng)畫片的制作過程中，特別是角色動(dòng)畫的質(zhì)感要求上，maya自身的紋理貼圖無法滿足我們的實(shí)際需要。對于模型來說，要制作出逼真的、具有沖擊力的、富有質(zhì)感的貼圖，需要花費(fèi)很大精力，maya中的UV貼圖就用來解決這個(gè)問題。UVs提供了一種模型表面與紋理圖像之間的連接關(guān)系，UVs負(fù)責(zé)確定紋理圖像上的一個(gè)點(diǎn)（像素）應(yīng)該放置在模型表面的哪一個(gè)頂點(diǎn)上，由此可將整個(gè)紋理都鋪蓋到模型上。展UVs，一般都在模型完全制作好之后，并且在指定紋理貼圖之前進(jìn)行。此外，任何對模型的修改都可能會(huì)造成模型頂點(diǎn)與UVs的錯(cuò)位，從而使紋理貼圖出現(xiàn)錯(cuò)誤。UV編輯器就是我們編輯UV的平臺。

對于盒子模型來說，同一類的面的貼圖是一樣的，這樣為了最大化地利用好這個(gè)0—1的區(qū)域，需要將貼圖相同的面重疊到一起，所以對于相同的面，其貼圖只要畫一個(gè)就可以了。

（4）輸出UV，polygons>UV snapshot...，在彈出的對話框中設(shè)置保存路徑，圖片大小以及圖片格式。注：在導(dǎo)出時(shí)必須選擇模型為物體模式。默認(rèn)存在image文件夾下，可以自己修改一下路徑。

在輸出UV快照的時(shí)候需要注意調(diào)整輸出快照的尺寸，保存快照的路徑，輸出快照的圖片格式。

（5）在photoshop軟件中打開outUV.JPG，然后進(jìn)行編輯。

（6）按Ctrl+I反相原圖，設(shè)置為正片疊底，然后再新建一下圖層，放置在本層的下面，設(shè)置一個(gè)基礎(chǔ)顏色，防止以后會(huì)產(chǎn)生空白的部分。

（7）拼出合理的顏色貼圖。

在制作貼圖的過程中，可以利用現(xiàn)有的圖片進(jìn)行修改，也可以利用手繪板進(jìn)行繪制，最終的目的就是為了完成在模型上產(chǎn)生質(zhì)感。為了使模型產(chǎn)生真實(shí)的效果，貼圖會(huì)有顏色貼圖、法線貼圖、高光貼圖、AO貼圖等，在本例中只做了一個(gè)顏色貼圖。

a.貼圖：“材質(zhì)”用來指定物體的表面或數(shù)個(gè)面的特性，它決定這些平面在著色時(shí)的特性，如顏色，光亮程度，自發(fā)光度及不透明度等。制定到材質(zhì)上的圖形稱為“貼圖”。

b.法線貼圖：在原物體的凹凸表面的每個(gè)點(diǎn)上均作法線，通過RGB顏色通道來標(biāo)記法線的方向，你可以把它理解成與原凹凸表面平行的另一個(gè)不同的表面，但實(shí)際上它又只是一個(gè)光滑的平面。對于視覺效果而言，它的效率比原有的凹凸表面更高，若在特定位置上應(yīng)用光源，可以讓細(xì)節(jié)程度較低的表面生成高細(xì)節(jié)程度的精確光照方向和反射效果。

c.高光貼圖：反應(yīng)光線照射在物體表面的高光區(qū)域時(shí)所產(chǎn)生的環(huán)境反射，它的作用是反映物體高光區(qū)域效果。

d.AO貼圖：AO-Ambient Occlusion，“環(huán)境吸收”或者“環(huán)境光吸收”。

AO貼圖不需要燈光照明，以獨(dú)特的方式計(jì)算吸收“環(huán)境光”（未被阻擋的“光線”和被阻擋光線所產(chǎn)生的“陰影”），從而模擬全局照明的結(jié)果，通過改善陰影來現(xiàn)實(shí)更好的圖像細(xì)節(jié)。改善漏光、飄和陰影不實(shí)等問題，改善場景中縫隙、褶皺與墻角、角線以及細(xì)小物體等的表現(xiàn)不清晰問題，改善細(xì)節(jié)尤其是暗部陰影，增強(qiáng)空間的層次感、真實(shí)感，同時(shí)加強(qiáng)和改善畫面明暗對比，增強(qiáng)畫面的藝術(shù)性。

（8）將做好的圖片保存為PSD格式一份（photoshop原文件一定要保留，為后期的修改提供方便），JPG（TGA＼PNG均可）格式一份。

（9）回到maya軟件中，將貼圖賦予模型，渲染測試。

（10）測試發(fā)現(xiàn)有錯(cuò)誤，有的圖片位置顛倒了，需要回到photoshop軟件中再次修改貼圖，然后在maya軟件中更新貼圖就可以了。

（11）最后選擇所有的邊，執(zhí)行導(dǎo)角，偏移值約為0.07，分段數(shù)為2—3。

倒角的作用是使模型在硬邊處產(chǎn)生圓弧效果。多邊形倒角需要掌握好倒角的距離，也就是尺寸大小，過大過小都不好。

（12）為模型設(shè)置燈光

燈光可以幫助材質(zhì)體現(xiàn)效果，而材質(zhì)可以讓物體更真實(shí)。不同的燈光類型適用于不同的場景，在maya軟件中有六種燈光類型，它們各有各的特點(diǎn)。

環(huán)境光：模擬大氣中的漫反射，對整個(gè)場景進(jìn)行均勻照明。一般情況下，環(huán)境光不會(huì)被考慮作為場景照明的主光源，環(huán)境光一般會(huì)和其他光源聯(lián)合作用。

聚光燈可以很好的模仿類似手電筒和汽車前燈發(fā)出的燈光。

點(diǎn)光源類似燈泡的發(fā)光作用，向四周傳達(dá)光源。

面積燈可以通過面來對物體進(jìn)行照射，光源的強(qiáng)度是根據(jù)面積的大小所決定的。

體積光可以方便地控制光照范圍和光線的衰減效果，也可以改變體積的形狀進(jìn)行照射。

方向燈在一個(gè)方向平均的發(fā)射燈光，它的光線是相互平行的，常用來模擬陽光的照明效果。

燈光能影響周圍物體的光澤、色彩和亮度，控制調(diào)節(jié)場景的色調(diào)和氣氛。

在本例中，按照傳統(tǒng)的三點(diǎn)布光法為場景進(jìn)行基本照明即可。

Fig.9 Finally finish effect

3 結(jié)論（Conclusion）

三維建模是一個(gè)從二維圖片復(fù)原出三維模型的過程，在制作的過程中除了要了解三維建模的基本流程，還要熟悉軟件的命令，進(jìn)而掌握建模的技巧，最終為創(chuàng)建出優(yōu)秀的CG作品服務(wù)。

參考文獻(xiàn)（References）

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[4] 王至.三維模型技術(shù)項(xiàng)目教程[M].北京：中國傳媒大學(xué)出版

社，2011.

作者簡介：

徐國艷（1979-）女，碩士，講師.研究領(lǐng)域：計(jì)算機(jī)三維動(dòng)畫.

蘇家有（1983-）男，本科，實(shí)驗(yàn)師.研究領(lǐng)域：計(jì)算機(jī)科學(xué)與

技術(shù).