国内动漫教育学校,影视游戏动画培训中三维高级人物模型布线的方法及原理

三维高级人物模型布线的方法和原理（适用于所有三维软件的生物建模布线） 作者为国内顶级三维角色制作高手 CGWANG 动漫学院的王康慧老师 参考资料；WWW.CGWANG.COM 一、各类模型布线要求 初学 CG 的朋友可能对“布线”这一词汇没有太多概念，经常会提出诸如此类问题：建模为什么要考虑布 线？低模的布线和高模的布线有什么区别？低模和高模哪个更难把握？ 对于这些问题，笔者的回答是： 第一、布线是模型建造过程中不可避免的问题，它是日后展 UV，刷权重，做动画的依据。 第二、游戏用模型（低模）和影视用模型（高模）在布线方面存在着一定的共性，同时也有很大的区别 （这部分会在本章节中进行详细讲解）。 第三、低模相当于绘画中的结构素描，它能很好的锻炼模型师的概括力；高模类似素描长期作业，它能锻 炼模型师的综合能力，例如概括力、深入刻画能力等。在相同技术水平和理论知识的前提下，笔者个人认为低 模相对容易入门，但要做出高水平的低模，也非常不易。 由于高模和低模在做动画时，其线的运动和伸展原理一样，因此大部分情况下，它们的布线理论是相通的。 随着硬件水平的不断提升，高模与低模的概念也将越来越模糊。一项可能长期存在的区别是：电影级模型在渲 染时需要对原始模型进行细分（圆滑），细分 N 级后使用 DISPLASE 置换出极为微小的细节，而游戏则在相 当长一段时间内还只能靠纹理贴图营造模型无法表现的细节。因此就布线而言，一个是针对圆滑后的结构特征 创建模型，一个是完全靠现有的线和面来表现最终结构形体效果。 由于模型需要圆滑的关系，高模在布线方面忌讳的东西要比低模多很多。 高模在圆滑后，那些塑造形体时创建的三星，三角面，多星，多角面会严重影响模型的平滑度和伸展能力。 低模则不同，对它来说高模忌讳的东西却是精简面和塑造形体的重要组成元素。低模布线的原则是：在尽可能 少的面数下表现出尽可能丰富的结构细节，同时在运动幅度较大的地方可以自由伸展并且不会变形。 我们先对低模的布线进行分析： 我们大致可以将低模分为网络游戏模型和次世代游戏模型。两者只存在精度和面数上的差别。 1网络游戏模型 实时交互性的网络游戏通常会出现多个角色在同一画面的情况。要保证玩家的电脑依然可以流畅显示，网 络游戏角色的面数就需要限制在一个范围内。一般网络游戏角色面数会控制在 4002000 之间，如图 2.009 所 示。 2 图 2.009 2次世代游戏模型 随着 PC 硬件日新月异的更新换代，PS3、XBOX360、Wii 游戏机的推陈出新。次世代游戏对模型的要求 也越来越高，单个角色面数过万已经不再是稀奇的事了，如图 2.010 所示。 图 2.010 关于游戏模型的布线方法，我在此对它们进行统一讲解： 由于低模不需要进行网格平滑，所以不忌讳三角面，多星，以及多面塑形，如图 2.011 所示。 图 2.011 多边形（包括四边形）内含虚线已经分成多个三角面了，为了更好的表现结构转折，最好手工更改虚线的 连接方式，让其符合结构的走向，如图 2.012 所示。 3 图 2.012 布线要求是：以最少的面来表现更多的结构及转折，并保证在相应面数下边缘尽可能的圆滑。 如图 2.013 所示，右边小球的面数比左边的球少，但边缘却更平滑，锯齿感没有左边的明显。 图 2.013 平坦部分尽量减少面数，而为了减少锯齿，表现圆润的效果，有起伏有弧度的部分则需要一定的面数，如 图 2.014 所示。 图 2.014 重叠部分的面完全没必要创建出来，如图 2.015 所示。 4 图 2.015 可动画的关节处要保证骨点处有足够的伸展线，而受挤压的地方（垂直骨骼的线）伸展线相对较少，这样 在弯曲时才不会破坏结构，如图 2.016 所示。 图 2.016 制作小秘技：不要因为低模是用三角形来计算面数，就用三角面建模，使用四边面建模能更方便的观察布线结构的安排及 走向，这样建出来的模型比较规整，便于理解和修改。 其他布线方式跟高模大体一致。总的来说，创建低模讲究的是合理利用面的能力。 接下来我们就来看看高模的布线。 高模我们可以大致分为两类： 1电视广告、MTV、游戏过场动画级别 电视广告和 MTV 是一种以电视为宣传媒介的动画，它们对画面的美感以及真实性的要求一点也不亚于电 影极要求，但由于载体分辨率的限制，极其微小的细节在电视画面里不易呈现出来，因此在制作精度上只要能 满足 480i 的要求即可，如图 2.017 所示。 图 2.017 过场动画作为游戏的宣传影像，在视觉上的要求相对游戏本身要高很多。毕竟有很多玩家是看过动画后才 想去玩同名游戏的。因此在很大程度上，过场动画的优劣直接反映该游戏公司的制作实力，效果不容马虎。 5 单个完整着装的角色，其面数可达到 50000 甚至更高，如图 2.018 所示。 图 2.018 2电影级别 就面数来说，电影级别的绑定用模型不比过场动画模型高多少（世界上还没有能对 1 千万面以上的原始模 型实施刷权重的硬件）。所以当大家看到影片特辑介绍里说某某角色的面数高达几千万，讲的都是渲染时置换 后的面数。电影级角色之所以有这种要求，完全是为了迎合 2-4K（4000 分辨率）的工业级要求，把画面投影 到几百甚至上千平米的大尺寸布幕上，角色的边缘依然可以圆滑没有锯齿，角色的毛孔也能清晰可见。而游戏 宣传及电视广告的媒介是电脑和电视，分辨率在 720 就够了，所以一般的精度完全可以被观众接受。电视级角 色与电影级角色的区别不在于角色是否足够真实或是结构是否足够精准。电影级角色之所以被称之为“电影级 别”，是在于它的模型能够应付超大分辨率的播放需求。 电影根据不同的情况，在制作上也会有不同的要求。好莱坞的写实特效大片对角色的要求是相当苛刻的。 为了杜绝破绽的出现，要达到无论摄像机在任何机位拍摄时，模型的细节都能够完美地呈现在观众眼前的程度。 以上就是我说的电影级角色是超级写实的说法，然而这里也不排除我们曾经看到过劣质 CG 电影，因为理 论上来说只要渲染尺寸足够了，都能称之为电影级。对于模型的面数并没有死规则，几十万到几千万都是可以 的。如图 2.019 所示为电影蜘蛛侠 2中的 CG 角色章鱼博士。 6 图 2.019 有人认为在能够刻画出结构的基础之上，线越简则越好。这种想法是不完全正确的，线过少会导致肌肉变 形的可操控性下降。模型的布线并不是以定型为最终目的，而是要考虑到日后在动画中是否可用，即使是做单 帧，也要考虑后续绘制贴图的问题。 二、布线的各种方法及特点 1布线的疏密依据 无论是游戏级角色还是电影级角色，布线的方法基本上都没有太大区别，只是在疏密程度上有所以不同， 基本上可以遵循这样的规律：运动幅度大的地方线条密集（包括关节部位，表情活跃的肌肉群等，如图 2.020 所示白色勾勒处）。 图 2.020 密集的布线有两个用途：1.在深入刻画时，用来表现丰富的细节；2.能在做动画时，促使模型更自由的伸 展运动。 7 由于眼睛在表情动画中的变化是最丰富的，因此眼眶周围需要布出足够多的伸展线来满足动画中的需要。 头盖骨部位不会产生肌肉变形和骨骼的运动，所以此处的布线只要能达到定型的目的就可以了。 耳朵的结构很复杂，这里的密集线条只不过起到表现结构细节的作用，如图 2.021 所示。 图 2.021 运动幅度小的地方用稀疏的线，包括头盖骨，部分关节与关节相接的地方，如图 2.022 白色框勾勒处。 图 2.022 2均等四边形法 顾名思义，均等四边形法要求线条垂直或平行骨骼走，线的排列规则，平均，组成元素均是四变形，如图 2.023 所示。 8 图 2.023 由于面与面的大小均等，排列有续，因此在进行后续的制作时，包括展开拓扑图、给角色蒙皮以及添加肌 肉变形等方面提供了很大的便利，而且在修改外型的时候很适合用雕刻刀这一利器。但其缺点是，要想体现更 多的肌肉细节，面数就会成倍增加（一般用于视觉苛刻的电影角色）。均等法的线路安排一般是按照骨骼的大 方向走，既纵线要与骨骼垂直，如图 2.024 所示。 图 2.024 以上两种方法概括一下可以总结为 8 个字：动则平均，静则结构。 在处理要求大的伸展空间和变形复杂的局部时，采用平均法能够保证在线量充沛及伸展方向合理的条件下 支持大的运动幅度，如图 2.025 红线处所示。变形较少的局部，可采用结构法做足细节，这时就不必考虑太多 其运动的可伸展性，如图 2.025 蓝线处所示。 9 图 2.025 鉴于生物体的复杂性，在建模时无论采用平均法还是结构法都难以避免“5 星”、“3 星”、“多边面” 和“三角面”问题的产生，怎样处理好它们之间的关系就显得尤为重要了。如图 2.026 所示，红色勾勒的为 5 星或多星，黄色勾勒的为 3 星，蓝色勾勒的为多边面，绿色勾勒的为三角面。 图 2.026 35 星、3 星、多边面和三角面的坏处 首先，多边形建模一般都要兼顾圆滑后的效果，但 5 星、3 星、多边面和三角面会在圆滑后出现不平整的 效果，在视觉上会产生瑕疵。 其次，5 星或 5 边面在做表情或肌肉变型时都会难以控制，不能很好的伸展，一般哪里出现 5 星，伸展便 会在哪里终止，如图 2.027 所示，眼睛的表情伸展能力基本上会在黄线处终止，而微笑的能力就在红线处终止 了。 10 图 2.027 如果 5 星、3 星、多边面或者三角面出现在运动幅度较大的地方，就会严重影响到肌肉的正常变形，如图 2.028 所示就是不合适的。人脸作为整个模型的核心部位，要求比其他部位更严格，因此要更加细致地对其进 行布线。眼眶和嘴部周围的线圈越多，越利于肌肉的伸展和表情动画的制作。 图 2.028 在无法避免的情况下，将 5 星和 3 角面尽量藏置在肌肉运动幅度较小的地方或在主视线以外的地方，如图 2.029 所示。 11 图 2.029 4“一分三”法 有些朋友在对模型加细节时喜欢用挤出（Extrude）工具，这种建模方式在建工业模型时确实很好用， 但是如果用于建生物模型，特别是人体模型，就不提倡了。因为每挤出（Extrude）一次就会生成 4 个 5 星 和 4 个 3 星。这些状态如果出现在运动幅度大的地方，会给日后的蒙皮和动画带来相当大的麻烦。在不能靠无 止尽的加线让它符合均等法的时候，我们迫不得已采用“一分三”法。 “一分三”主要用于由简单向复杂的过渡处理（渐增细节），如图 2.030 所示，勾勒处的布线如果不按照 一分三的方法将线分下来，鼻翼的外形就很难被塑造出来。大腿处如不用此方法，臀部线就不能进行自由的动 画变形。 说完“一分三”法，这里要提一下“一分二”法。它们是有本质上的区别的。“一分二”法一般用于改变 线路的走向。例如图 2.030（左上）脸部红色勾勒的 5 星及图 2.030（右上）黄色勾勒的 5 星。它是由不同肌肉 在交界时产生出来的，起到了分流造型的作用。无论是“一分二法”还是“一分三法”都是会产生 5 星。 图 2.030 制作小贴士：由于低模对动画的要求没有这么高，并且不用为圆滑后的效果作考虑。所以对三角面及五星的要求也没有那 么苛刻。 三、具体模型布线实例分析 1.头部布线 12 前面我们曾提到过，模型的布线是为动画服务的，不合理的布线会直接影响动画的效果。那么怎样的线算 是合理？怎样的线又算是不合理的呢？我们先看如图 2.031 所示的两张范例。 图 2.031 如上图所示，左图的角色是完全不适合作动画的，甚至做一个简单的微笑动作都会使整个面部变形。而右 图的角色就很适合作动画，无论出现什么表情，都不会破坏角色固有的面部特征。 这两个模型的最大区别在于鼻头上方的两条线的走向，在左图中，这条线一直延伸到耳朵下方。这样的话， 面部会有一个重要的结构表现不出来，就是鼻翼两侧的鼻唇沟部分。真实人脸的这部分是向下方一直延伸到嘴 角两侧的，并且无论我们做任何表情，此处的结构都会受到影响，而左图中的角色是将该处的布线向两侧延伸， 因此做表情动画时自然会使整个面部走形。 而右图中的角色，这条线的走势是完全按照真实鼻唇沟延伸下来的。无论角色是张嘴、咧嘴、微笑、还是 大笑，都不会破坏这里的结构。 因此，鼻头上方这两条线的走势可以说是整个脸部布线的法则，虽然头部布线方法不止一种，但任何方法 都要遵循这个法则，如图 2.032 所示。 图 2.032 在遵循这个法则的基础上，笔者从众多的脸部布线中总结出了两种布线方法，这也是我们布线时经常使用 的两种方法。 第一种方法：按照眼轮匝肌和口轮匝肌的结构在眼部和嘴部周围一圈一圈的布线，然后以眼睛和嘴的中心 为点，向四周散射，如图 2.033 所示。 13 图 2.033 围绕着眼轮匝肌和口轮匝肌的线最终会相交，相交在一起的点会形成一个 5 星。这时人脸被这个 5 星分为 了三块，嘴部一块、眼部一块和侧脸一块，如图 2.034 所示。 图 2.034 第二种方法：第二种方法的眼睛布线和第一种是一样的。不同的是，第二种布线方法是以鼻翼旁边的线为 基准，围绕着它向两边扩散。与它相交的，是从鼻中隔延伸到耳朵的线，如图 2.035 所示。 图 2.035 使用这种方法布线的好处是很容易塑造出颧肱的形状，因为线的走向很符合这里的结构。该方法适合骨感 的角色。 鼻唇沟处的线和围绕着眼轮匝肌的线相交到一点，这个点是角色脸部比较重要的 5 星，它把脸部分为三块， 14 眼睛一块，脸颊一块，鼻子到嘴一块，如图 2.036 所示。 图 2.036 以上就是我总结出的两种脸部布线方法，基本上我们见到的不同布线都是在这两种方法的基础之上进行改 变的。 2.身体布线 身体布线需要注意的只有肩部和大腿根部的地方，因为这两处是人体两个比较大的关节，也是作动画时活 动最频繁的地方。 我们先来看看肩膀位置，如图 2.037 所示。 图 2.037 如上图所示，红色部分是构成肩部的面。大部分朋友在刚学习创建角色时候容易把肩部的线布置成左图的 样子，因为左图的