對(duì)3Ds中UVW Unwarp編輯器在毛絨玩具開(kāi)版上的應(yīng)用研究

張鈺糧

（成都大學(xué)中國(guó)-東盟藝術(shù)學(xué)院，成都 610106）

毛絨玩具；開(kāi)版；UVW Unwarp；簇

0 引言

隨著計(jì)算機(jī)圖形技術(shù)的迅猛發(fā)展，毛絨玩具的開(kāi)版由以前的手工作業(yè)更多地轉(zhuǎn)向?qū)浖囊蕾?。過(guò)去在樣品試制階段毛絨玩具的真實(shí)效果難以直觀呈現(xiàn)，需要制版設(shè)計(jì)師先在腦海中成像，再將立體效果繪制出來(lái)，整個(gè)過(guò)程需要憑借豐富的實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)和三維想象力將形體拆成一片片紙樣，這個(gè)過(guò)程就是我們俗稱的開(kāi)版或制版。接著依照紙樣裁片，把裁好的布料邊緣對(duì)齊縫制，最后“翻面-充棉-縫合”得到實(shí)物。以前開(kāi)版需要反復(fù)的修改和推敲，會(huì)消耗大量的時(shí)間和精力，所以目前大多數(shù)毛絨玩具生產(chǎn)或代工企業(yè)都偏向于用電腦開(kāi)版來(lái)代替手工制版[1]。

1 計(jì)算機(jī)軟件的發(fā)展與毛絨玩具開(kāi)版

目前在毛絨玩具的效果表現(xiàn)方面有3Ds、Maya、Rhino 等軟件，盡管擁有“Smash”（壓平）、“Unrollsrf”（展開(kāi)表面）等命令，但是在實(shí)體表面拆分與展平上智能化程度還是不高，后期修改工作量較大。筆者經(jīng)過(guò)長(zhǎng)期探索，發(fā)現(xiàn)3Ds中有一款UVW Unwarp編輯器（以下簡(jiǎn)稱“UVW Unwarp”）可以用于毛絨玩具的開(kāi)版上，而且簡(jiǎn)單實(shí)用，由于該編輯器在3Ds中主要用于游戲角色貼圖紋理的校正，所以比較不容易被從事工業(yè)設(shè)計(jì)的人員注意。對(duì)普通產(chǎn)品而言，外觀造型必須要緊密結(jié)合工藝流程，以基本幾何體和組合體居多，同時(shí)曲面要盡量少，倒角幅度要盡量小，這樣才能有效地控制生產(chǎn)成本[2]。而毛絨玩具形態(tài)和材質(zhì)上與普通產(chǎn)品有較大差異，其形態(tài)以生物有機(jī)體居多，反而與游戲角色較為接近；材質(zhì)以布料和PP棉為主，在彈性形變上要比塑料、五金制品強(qiáng)很多?；谝陨咸匦裕覀兛梢岳肬VW Unwarp將毛絨玩具模型的表面如同游戲角色貼圖一樣展開(kāi)，形成一片片的“簇”。這個(gè)“簇”在游戲中被用來(lái)約束材質(zhì)或紋理在角色貼圖網(wǎng)格上的范圍，而在開(kāi)版中可以視作不同的紙樣形狀，這個(gè)利用“簇”將三維模型表面拆分并展平的過(guò)程可以等效于設(shè)計(jì)師腦海中的毛絨玩具開(kāi)版過(guò)程，只不過(guò)前者給人的感覺(jué)更為直觀貼切。

UVW Unwarp中有“自動(dòng)”和“手動(dòng)”兩種貼圖網(wǎng)格（以下簡(jiǎn)稱“網(wǎng)格”）展開(kāi)方式，其中“自動(dòng)”里面有“Flat?ten mapping”、“Normal mapping”、“Unfold mapping”三種方式，“手動(dòng)”里面有“Peel map”、“Expand seams”、“Pelt map”、“Quick planar map”等多種方式，下面本文以對(duì)小狗毛絨玩具網(wǎng)格的展開(kāi)來(lái)深入闡釋巧用UVW Unwarp開(kāi)版的方法。

2 以“自動(dòng)”展開(kāi)方式為毛絨玩具開(kāi)版

在UVW Unwarp的卷展欄中點(diǎn)擊“Open UV edit?er…”，隨即打開(kāi)“Edit UVWS”貼圖展開(kāi)面板，可以發(fā)現(xiàn)趴狗表面的貼圖坐標(biāo)都混在一起，完全無(wú)法感受到以紅色顯示邊緣“簇”是如何一塊塊拼接起來(lái)覆蓋到整體上，如圖1所示。

圖1

UVW Unwarp中共有3個(gè)子物體層級(jí)，“Vertex”、“Edge”、“Polygon”，在“Polygon”中全選所有網(wǎng)格，然后在“edit UVWS”面板中嘗試打開(kāi)“Mapping＞Flatten Map?ping”、“Mapping＞Normal mapping”、“Mapping＞Unfold mapping”對(duì)話框，點(diǎn)擊“確定”得到網(wǎng)格自動(dòng)展開(kāi)后的效果?？梢钥闯觥癋latten mapping”形成的“簇”比較分散，“Normal mapping”形成的“簇”比較集中，“Unfold mapping”形成的“簇”則介于前兩者之間，反映出系統(tǒng)對(duì)模型表面進(jìn)行不同的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)劃分所得到的效果，如圖2所示。

圖2

下面再對(duì)這三種“自動(dòng)”展開(kāi)方式進(jìn)行深入討論?！癋latten mapping”雖然能夠使每個(gè)“簇”邊緣實(shí)現(xiàn)精確對(duì)位，但在實(shí)操中如果將布料裁得如此碎小，且不論激光切割機(jī)的使用難度會(huì)否加大，光是后期縫制就會(huì)消耗大量的勞動(dòng)力。再來(lái)看“Normal mapping”，與“Flat?ten mapping”相反，雖然這種方式展現(xiàn)出來(lái)的“簇”最為簡(jiǎn)潔，但是由于“簇”被分得過(guò)于集而造成了一個(gè)很大的問(wèn)題——細(xì)節(jié)表現(xiàn)被削弱。一般而言。裁片越多對(duì)曲面形態(tài)的還原也就越逼真，但是會(huì)加大裁剪及縫紉難度；反過(guò)來(lái)裁片越少，曲面形態(tài)的損失就越多，所以開(kāi)版是一個(gè)相互牽扯、動(dòng)態(tài)平衡的過(guò)程。又如前文所述，毛絨玩具不像塑料五金制品等不需要考慮打皺起褶的問(wèn)題，布料的伸縮性能會(huì)直接影響到毛絨玩具縫合后的外觀效果，尤其是曲面轉(zhuǎn)折處，如果不能將負(fù)荷區(qū)域內(nèi)的應(yīng)力均勻攤開(kāi)，那么應(yīng)力肯定會(huì)在某處集中釋放，使毛絨玩具無(wú)法緊繃，發(fā)生線跡拱起的情況[3]。所以在UVW Unwarp編輯中，除了不能將“簇”分解得過(guò)于零碎，也要防止將“簇”分解得過(guò)于大片和籠統(tǒng)化，特別是對(duì)有機(jī)形態(tài)曲面處、轉(zhuǎn)折處、倒角處的表現(xiàn)，應(yīng)當(dāng)以小“簇”連接的方式來(lái)消解張力。

第三種是“Unfold mapping”，在游戲角色中該方式主要被用于處理紋理扭曲，這種情況產(chǎn)生的“簇”具有部分連接和部分?jǐn)嚅_(kāi)的特點(diǎn)。其問(wèn)題還是在于沒(méi)有考慮布料的延展性，在需要平衡應(yīng)力的地方?jīng)]有將“簇”斷開(kāi)。

3 以“手動(dòng)”展開(kāi)方式為毛絨玩具開(kāi)版

“手動(dòng)”展開(kāi)網(wǎng)格比“自動(dòng)”展開(kāi)網(wǎng)格更具靈活性和準(zhǔn)確性，對(duì)網(wǎng)格的分割擁有更大的自主性，在生成“簇”時(shí)可以充分考慮制造對(duì)消解布料張力的需求來(lái)設(shè)置接縫，形成一個(gè)毛絨玩具打樣緊密聯(lián)系上、中、下游各生產(chǎn)階段對(duì)批量化實(shí)施要求的過(guò)程。這樣毛絨玩具數(shù)字模型的創(chuàng)建變得不再孤立，無(wú)論從提高開(kāi)版速度還是減少用料成本來(lái)說(shuō)，作為一個(gè)連接前后工序的橋梁為整個(gè)制造流程提供了一體化的解決方案。下面結(jié)合UVW Unwarp中相關(guān)工具來(lái)詳細(xì)闡釋如何“手動(dòng)”為小狗表面拆分“簇”。

（1）以“Peel map”拆分“簇”

“Peel map”以最小二乘法運(yùn)算展開(kāi)貼圖網(wǎng)格[4]，選擇組成趴狗嘴部的網(wǎng)格，首先在UVW Unwarp中擊“Quick peel”，接著再點(diǎn)擊“Peel mode”，這時(shí)打開(kāi)“Edit UVWS”貼圖展開(kāi)面板會(huì)發(fā)現(xiàn)趴狗嘴部的網(wǎng)格已經(jīng)與其他網(wǎng)格斷開(kāi)了，成為一個(gè)單獨(dú)的“簇”，如圖3所示。選擇“簇”中的一個(gè)頂點(diǎn)，拖動(dòng)它發(fā)現(xiàn)“簇”形態(tài)會(huì)隨跟隨該頂點(diǎn)的移動(dòng)整體變化，變化的范圍具有衰減性，即靠近拖動(dòng)點(diǎn)的部分變形大，遠(yuǎn)離拖動(dòng)點(diǎn)的部分變形小。這樣可以在保持“簇”的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)總體不變的情況下微調(diào)局部邊緣位置，達(dá)到重塑“簇”，使“簇”形狀盡量接近開(kāi)版的需要。

圖3

“Peel map”能夠在開(kāi)版的同時(shí)充分考慮縫紉加工的需求，先將組成某一“簇”的網(wǎng)格集中選擇再展開(kāi)，如“頭中條”、“肚條”、“大身”等，“簇”能夠在三維模型和二維編輯器中同時(shí)顯現(xiàn)。三維形態(tài)等于為開(kāi)版提供了一個(gè)虛擬的，將裁片縫好后的逆向模型，二維編輯器則顯示“簇”被壓平后的效果，三維模型和二維編輯器保持實(shí)時(shí)交互，彼此變化都會(huì)在對(duì)方窗口上顯現(xiàn)出來(lái)，從而極大地減輕了開(kāi)版時(shí)需要憑借空間想象力來(lái)分割形態(tài)網(wǎng)格的腦力負(fù)擔(dān)。

（2）以“Pelt map”伸展“簇”

“Pelt map”是對(duì)“Peel map”的輔助，該工具可以自動(dòng)調(diào)正網(wǎng)格形狀，在開(kāi)版中可以根據(jù)“簇”形狀的要求來(lái)松弛網(wǎng)格。當(dāng)“簇”被分離以后，對(duì)其添加“Pelt map”，這時(shí)圍繞“簇”邊緣會(huì)顯示一個(gè)圓環(huán)狀的“旋轉(zhuǎn)拉伸器”，其中心與“簇”的中心重疊?！靶D(zhuǎn)拉伸器”最外圍的圓形支架上有一條條向內(nèi)伸出的用虛線表示的“彈簧”連接到“簇”的邊緣頂點(diǎn)，如圖4所示。執(zhí)行“start pelt”命令，圓形支架不動(dòng)，而“彈簧”拉動(dòng)整個(gè)“簇”在圓環(huán)內(nèi)不停旋轉(zhuǎn)以松弛網(wǎng)格改變形狀，效果滿意后再點(diǎn)擊“start pelt”使彈簧停止旋轉(zhuǎn)，如果旋轉(zhuǎn)超量使形狀失控，可以單擊“reset”復(fù)位。因?yàn)椤癙elt map”并非適應(yīng)所有形狀的“簇”調(diào)整，所以為網(wǎng)格添加“Pelt map”是講究藝術(shù)效果的工作，而非生硬地按部就班[5]。

圖4

（3）以“Expand seams”定義接縫

“Expand seams”也是對(duì)“Peel map”的輔助，選中需要形成“簇”的網(wǎng)格組的邊緣，點(diǎn)擊“Expand seams”，這時(shí)邊緣內(nèi)的網(wǎng)格均被視作“預(yù)剝離”的對(duì)象?！邦A(yù)剝離”并非真正將這一部分網(wǎng)格與整體斷開(kāi)，而是在使用“Peel map”時(shí)只要選中網(wǎng)格組中的任何一片網(wǎng)格，系統(tǒng)就會(huì)將剝離自動(dòng)擴(kuò)展到之前設(shè)定好的邊緣范圍內(nèi)[6]，進(jìn)一步提升了“簇”剝離的效率。

（4）以“Quick planar map”展平網(wǎng)格

在游戲貼圖中，“Quick planar map”常用于為網(wǎng)格指定特殊的坐標(biāo)對(duì)齊方式，得到的“簇”形狀取決于貼圖投射方式，包括平面、圓柱、圓球、正方體四種，經(jīng)筆者的反復(fù)試驗(yàn)，發(fā)現(xiàn)由平面投影得到的“簇”最接近開(kāi)版要求。以蹲狗腿部為例，如圖5所示，除了執(zhí)行平面投影像卡通腿的形狀以外，其他幾種方式都不夠理想。

圖5

4 輸出和調(diào)整

完成“簇”的劃分展平后，還需要對(duì)其進(jìn)行平滑、描邊等處理后，才能得到完整的開(kāi)版圖。在“UVW Un?warp”中點(diǎn)擊“Open UV Editor”打開(kāi)“Edit UVWS”，找到“Tools＞Render UVWmaps”，彈出“Render UVs”，在其中可對(duì)各項(xiàng)輸出效果進(jìn)行調(diào)節(jié)，包括圖像大小、紋理、顏色、漸變效果等，如圖6所示。

輸出的圖像可保存為.jpg、.tiff、.png、.bmp 等格式，在平面處理軟件中沿著圖像邊緣光滑描邊，可以刪除重復(fù)或?qū)ΨQ的裁片，同時(shí)在紙樣內(nèi)部標(biāo)注裁片的數(shù)量。在曲面轉(zhuǎn)折較大或布料應(yīng)力集中易發(fā)生皺褶的部位切開(kāi)“窩口”，對(duì)一些不符合縫紉常識(shí)的地方也要做輕微調(diào)整[7]。最終開(kāi)版效果及縫制實(shí)物如圖7所示。

圖6

5 結(jié)語(yǔ)

UVW Unwarp具有強(qiáng)大的網(wǎng)格坐標(biāo)展開(kāi)功能，在3Ds中原本用于游戲角色的貼圖校正，本文將其拓展到毛絨玩具的開(kāi)版中，表現(xiàn)為將三維模型拆分相互拼接的“簇”，這個(gè)“簇”即是縫制所需的裁片紙樣。由此可以看出計(jì)算機(jī)圖形學(xué)的功能范疇并非僅限于開(kāi)發(fā)者最原始的目標(biāo)，經(jīng)過(guò)使用者的學(xué)習(xí)，能夠使其獲得被“二次開(kāi)發(fā)”的機(jī)會(huì)[8]。本文研究UVW Unwarp在毛絨玩具開(kāi)版中的應(yīng)用旨在拋磚引玉，為將更多的軟件、插件“挪作他用”服務(wù)于工業(yè)生產(chǎn)做一個(gè)參考。

圖7