3D數字雕刻技術在三維角色設計與模型制作中的應用研究

施雨晗 余日季 湖北大學

3D數字雕刻軟件是一個可以讓數字藝術家自由創作的三維建模軟件，它強大的建模功能使藝術家告別過去那種針對模型點線面編輯的傳統多邊形建模方式。通過借助數位板的壓感，數字藝術家可以像傳統架上雕刻的制作方式一樣更直觀的進行創作。

一、3D數字雕刻技術

3D數字雕刻技術是近些年流行起來的一項關于制作超寫實三維模型的技術，ZBRUSH 和MUDBOX 兩款數字雕刻軟件是其中最具代表性的。3D數字雕刻技術呈現出最直觀的技術體驗就是在科幻電影中呈現的超寫實的數字化場景和虛擬三維角色，以及在次世代游戲中的超寫實虛擬畫面。

3D數字雕刻技術的原理十分簡單，模擬現實中制作雕塑的方式去制作虛擬的數字化角色和場景，避免了傳統三維模型制作中大量的參數化工作，在提高效率的同時也有效的提升了作品質量。[1]

二、3D數字雕刻技術在三維角色設計制作的流程與優勢

(一)三維角色設計制作流程

第一步角色原畫設計：首先確定角色所處的時代背景，喜好特征，種族職業等角色定位，可以尋找相關的歷史背景資料進行借鑒創作。根據角色背景設定確定角色的體型特征及角色的配色，確定大體后再添加細節特征，強化角色個性。

第二步基礎模型制作：根據原畫在3DMAX 或MAYA 中創建低面數基礎模型，或直接在ZBRUSH 中使用自帶的基礎模型變形雕刻出基礎模型。第二種方式更為方便快捷，并且后期拓補出的低模與高模的匹配度更高，所生成的法線貼圖誤差更小。[2]

第三步高精度模型制作：在前期制作好的基礎模型上，對其進行細節雕刻。雕刻的同時可以根據角色原畫的細節特征尋找一些合適的參考資料，有助于對模型的細節表現。

第四步拓補低模：根據制作好的高精度模型的結構進行低模的拓補創建，可以使用專門的拓補工具TOPOGUN 進行拓補，或使用ZBRUSH 自帶的拓補功能進行低面數模型的創建。制作低模時需注意低模的外輪廓結構，以及合理布線，在重要關節或轉折處需多留布線，以便后期貼圖烘焙的效果表現，以及最終模型的效果呈現。

第五步制作貼圖：對制作完成的低模進行UV 的拆分和UV 圖分布，UV 圖的作用即是將模型展開成平面便于貼圖的繪制和制作。UV 的拆分主要是把模型按其形態來分成各個部分，比如頭部、主體、四肢等部分分開。在排列UV 分布時需注意各部分之間不可重疊，可調整大小來使UV 圖分布更均勻，UV 圖的利用率更高。

將制作好的UV 圖匹配至ZBRUSH中的高精度模型，根據原畫和參考圖片資料，利用ZBRUSH 自帶的色彩繪制功能，直接在高精度模型上進行顏色的繪制，筆刷中的遮罩功能可以快速便捷地繪制出所需的紋路圖案。繪制完成的顏色貼圖可直接導出使用。借助第三方插件在低模的基礎上烘焙出高模的雕刻細節來作為法線貼圖。

(二)3D數字雕刻技術的優勢

在3D數字雕刻技術出現之前，傳統的三維角色模型制作主要是在3DMAX或MAYA 中制作，模型的細節只能用控制點線來表現，導致模型的精度難以達到滿意，更勿論達到超寫實的程度。而3D數字雕刻技術的出現，使得三維模型的制作不再是復雜的控制點線面的制作方式，其自由的數字雕刻形式使模型師可以自如的實現藝術造型效果，不用再被以往的點線面所約束。[3]

數字雕刻軟件中所獨有的近百種不同的筆刷，可以使我們輕松得到光滑、棱角、磨平、扭曲等諸多效果，使得模型制作變得極為簡單。同時，模型制作過程中隨時可以改變細分面數，制作者能夠更全面的觀察模型效果，并隨時做出調整。

擺脫了面數的束縛，做出的模型可以達到盡可能的高精度，寫實的紋理繪制，甚至細節到皮膚皺紋、毛孔血管等諸多真實的效果。而這些在3D數字雕刻技術出現之前都幾乎無法做到。

三、基于3D數字雕刻技術的三維角色設計與模型的實例創作

(一)《幻澤》三維角色原畫設計

《幻澤》的原型是古代漢族傳說中的蜃龍，蜃棲息在海岸或大河的河口，模樣很像蛟龍，蜃頭上有像鹿一樣分叉的角，脖子到背上都生著紅色的鬃毛。在創作《幻澤》角色形象時，根據傳說中蜃龍的形象描述，結合了龍首、鹿角、鳥翼、魚尾等形象特征來進行創作。

(二)三維模型基礎形體的創建

模型創建的初期都是從最基本的形體開始，其次才是細節的刻畫，在一開始制作模型時不需要過于精細，創建出基本大形即可，主要體現出角色的主要特征，再在后期細節深化中考慮更深層次的細節。

一個好的角色最重要的部分就是頭部的刻畫，角色頭部通常是最具表現力的地方。使用軟件自帶的基礎模型開始角色頭部的基礎創建，角色頭部模型大多數情況是對稱的，因此在制作過程中需要結合對稱工具進行對稱操作。

使用Z 球工具根據原畫創建出身體主體部分，在創建過程中可隨時切換蒙皮模式觀察效果，有助于及時調整形體表現不足和錯誤的地方。在確定形體滿足需要后，點擊生成蒙皮會自動創建一個新的tool 模型，接著在這個新生成的模型上使用筆刷將角色肌肉骨骼轉折等大關系表現出來。

(三)深化角色細節

在深入刻畫細節時，可以學習一些其他優秀作品的細節表現，彌補自己的不足之處。模型細節的刻畫需要層級遞進，從大體結構關系到毛發鱗片紋理的體現，需要逐層添加面數細分進行刻畫。細分等級越高，模型面數就越高，細節的制作越精細。若發現形體結構上有不足處需要修改，需將模型細分降低再進行調整，這樣修改才不會影響已經制作好的細節。

(四)拓補低模

細節刻畫完成的模型屬于高精度模型，面數多達千萬，對于目前的計算機處理能力來說過于龐大，因此為了便于模型的應用通常都會對其進行拓補低模處理。經過拓補處理后的低模面數低但不失細節，適用于各種場景。模型拓補可使用ZBRUSH 自帶的拓補工具，也可利用專業拓補工具TOPOGUN 來對模型進行拓補。

(五)貼圖繪制

低模拓補完成后即可開始貼圖的制作，最終需要的貼圖主要有顏色貼圖、凹凸貼圖、法線貼圖等。貼圖開始制作前，需先將低模的UV 進行拆分，再與高模進行匹配制作。顏色貼圖制作方式主要有兩種，一種是在ZBRUSH 中直接在高模上繪制，另一種是使用SUBSTANCE PAINTER 專業繪制材質貼圖的軟件來制作并導出。凹凸貼圖、法線貼圖等則需要在3DMAX 中使用封套插件在低模的基礎上將高模完全包裹，再導入XNORMAL 烘焙軟件中渲染出圖。

(六)渲染展示

模型的展示主要在3DMAX 中完成，導入低模并分別賦予其顏色貼圖、凹凸貼圖、法線貼圖等。為模型擺好角度，創建新的攝像機，設置合適的光源，調整渲染器參數最終渲染出圖。渲染出來的效果圖可后期使用PS 等圖片處理軟件進行優化。

四、創作總結

回望整個三維角色模型創作過程，可以很清晰的看到3D數字雕刻技術在制作三維角色時強大的造型能力。不論使用任何軟件來呈現三維角色模型，或者將三維角色模型用于任何領域，3D數字雕刻技術所賦予角色的魅力是顯而易見的。[4]3D數字雕刻技術目前為止在三維角色模型的細節表現上是其他建模工具無法能夠比擬的。