GK模型軟件輸出技術(shù)研究

王 巍 殷婷婷 羅愛(ài)華

（北京電子科技職業(yè)學(xué)院 北京市 100176）

GK模型行業(yè)現(xiàn)狀

GK模型一直是動(dòng)漫領(lǐng)域探討的熱門(mén)話(huà)題，作為動(dòng)漫衍生產(chǎn)品的一類(lèi)，深受廣大動(dòng)漫愛(ài)好者的青睞。“GK”的全稱(chēng)是“Garage Kit”，原意為“車(chē)庫(kù)組件”，因?yàn)镚K模型最初是在工作房（西方人慣將車(chē)庫(kù)作為工作房）誕生的。早期的GK模型只是一些模型愛(ài)好者自行創(chuàng)作的作品，造型細(xì)致度因人而異，通常都是唯一的，后來(lái)把自制或自己少量生產(chǎn)的模型統(tǒng)稱(chēng)為“GK模型”。GK模型的制作方式在初期以手工為主，通過(guò)雕塑師的塑型來(lái)完成。由于專(zhuān)業(yè)技術(shù)和尺寸上的限制，產(chǎn)量極低。近幾年，隨著數(shù)字雕塑技術(shù)和3D打印技術(shù)的發(fā)展，使GK模型制作方式轉(zhuǎn)向了數(shù)字化。

輸出環(huán)節(jié)的問(wèn)題

GK模型獨(dú)特的造型吸引力，讓大多數(shù)創(chuàng)作者將精力放在了前期數(shù)字模型制作上，如工具的使用、軟件的搭配以及硬件的優(yōu)化等。但對(duì)于數(shù)字模型制作與最終成型的中間過(guò)程，特別是軟件輸出和3D打印環(huán)節(jié)，卻極少有人關(guān)注，從而產(chǎn)生了一系列問(wèn)題：

數(shù)據(jù)不能打印。這在文件轉(zhuǎn)換時(shí)很常見(jiàn)，數(shù)字模型文件在設(shè)計(jì)軟件中觀(guān)看顯示正確無(wú)誤，但導(dǎo)入到3D打印軟件中，就會(huì)出現(xiàn)模型無(wú)法顯示或部件丟失的情況，有些時(shí)候還會(huì)看到一些曲面上的頂點(diǎn)遠(yuǎn)離模型。

表面細(xì)節(jié)缺失。模型能夠顯示但看不到細(xì)節(jié)，問(wèn)題同樣是軟件顯示效果的不一致，原始模型上的一些細(xì)節(jié)造型在3D打印軟件中會(huì)變?yōu)榈投噙呅吻妫鄬?duì)深度較淺的模型細(xì)節(jié)會(huì)不顯示，讓原本精致的數(shù)字模型黯然失色。

打印時(shí)間漫長(zhǎng)。目前使用較多的是“熔融沉積成型”技術(shù)和“光固化成型”技術(shù)的3d打印機(jī)，使用層層疊加的方式打印，越精細(xì)的模型，每層的堆積厚度越薄，所耗費(fèi)的時(shí)間也就越長(zhǎng)，一般打印一個(gè)中等大小的模型耗時(shí)都不低于16個(gè)小時(shí)，大的甚至需要幾天的時(shí)間，極大地降低了生產(chǎn)效率。

模型修件困難。3D打印所生產(chǎn)出來(lái)的模型與傳統(tǒng)的手工GK作品有所不同，稍微復(fù)雜一些的模型就必須借助支撐結(jié)構(gòu)才能打印出來(lái)，這就導(dǎo)致了最終模型大多會(huì)帶有一些附屬物（也就是支撐），制作者需要花費(fèi)幾個(gè)小時(shí)用刀、砂紙或者其它工具去掉支撐材料，也就是模型圈子里所說(shuō)的修件，在這一過(guò)程中，很容易傷到打印模型，讓之前的勞動(dòng)成果付諸東流。

耗材成本昂貴。這是無(wú)法回避的問(wèn)題，目前雖然打印設(shè)備的價(jià)格已經(jīng)很親民，但打印耗材的價(jià)格仍然相對(duì)較高，比如PLA線(xiàn)材1KG要100元，光敏樹(shù)脂1L要300元，雖然不是高得無(wú)法接受，但大量打印的話(huà)，損耗量也是巨大的，往往300元也就能打印3-5個(gè)小比例的模型，大比例模型可能一個(gè)就要600-800元。

打印過(guò)程出錯(cuò)。這種現(xiàn)象在3D打印新手中屢見(jiàn)不鮮，打印過(guò)程中會(huì)出現(xiàn)各種錯(cuò)誤，導(dǎo)致打印不成功，前功盡棄。典型的問(wèn)題有模型翹邊、首層出錯(cuò)、底部收縮、錯(cuò)位或移位、打印層丟失、模型開(kāi)裂、產(chǎn)生拉絲、空駛擠出、模型途掉落等，不但造成了極大地浪費(fèi)，清理起來(lái)也極其麻煩。

解決方法

這些問(wèn)題讓很多優(yōu)秀的GK模型只能停留在數(shù)字模型階段，無(wú)法成為實(shí)物產(chǎn)品，這些問(wèn)題對(duì)專(zhuān)業(yè)打印制作人員不是問(wèn)題，但對(duì)于大眾使用者，卻會(huì)帶來(lái)很大的困擾，解決問(wèn)題的方式要從源頭來(lái)剖析：

改變傳統(tǒng)建模方式。模型文件無(wú)法顯示的原因主要在于主要在于模型的構(gòu)建方法不對(duì)，諸如衣服、頭發(fā)這樣的元素，沒(méi)有設(shè)定厚度，而是使用極薄的曲面面片來(lái)進(jìn)行制作。細(xì)節(jié)缺失的原因則是法線(xiàn)貼圖的大量使用，很多設(shè)計(jì)師是從游戲或動(dòng)畫(huà)公司轉(zhuǎn)行進(jìn)入該領(lǐng)域的，依然保留著行業(yè)的一些舊習(xí)，典型特征就是借助法線(xiàn)貼圖表現(xiàn)較高的細(xì)節(jié)，通過(guò)精簡(jiǎn)模型曲面來(lái)保證游戲的順暢運(yùn)行和動(dòng)畫(huà)生成效率的提升。

解決的方法也比較直接，新的領(lǐng)域有新的規(guī)范，設(shè)計(jì)師要改變?cè)械慕Ａ?xí)慣，以雕塑的方式表現(xiàn)模型及其細(xì)節(jié)，任何可見(jiàn)的元素都使用模型來(lái)體現(xiàn)，一些低厚度的元素則要通過(guò)實(shí)體堆積來(lái)創(chuàng)建。使用法線(xiàn)貼圖的模型則更容易處理，由于法線(xiàn)貼圖是通過(guò)高精度模型與低曲面模型計(jì)算得來(lái)的，輸出時(shí)使用高精度模型即可。當(dāng)然，輸出前對(duì)模型數(shù)據(jù)進(jìn)行歷史清除也是十分必要的，這會(huì)減小出現(xiàn)頂點(diǎn)元素移位的概率。

了解打印成型原理。要想減少打印文件的等待時(shí)間，首先需要了解各種打印設(shè)備的成型原理，以光固化打印機(jī)為例，它是將模型數(shù)據(jù)預(yù)先切片分割成諸多很薄的剖面層，在打印的時(shí)候利用紫外線(xiàn)照射使光敏樹(shù)脂一層一層的固化，最終疊加產(chǎn)生出所需要的實(shí)體造型，從這里就可以看出，影響打印時(shí)間的元素在于模型的分層數(shù)，在層厚恒定的前提下，模型越高層數(shù)越多，模型越矮層數(shù)越少，時(shí)間也就越短。所以在固定的打印區(qū)域經(jīng)營(yíng)好模型的碼放位置和角度就顯得尤為重要。以卡通角色為例，橫放比豎放要節(jié)省2/3的打印時(shí)間。而可打印區(qū)域中高度不變的前提下，放置的模型多少對(duì)打印時(shí)間沒(méi)有太大影響，放的越多也就越節(jié)省時(shí)間。

預(yù)先規(guī)避原則。打印好的模型進(jìn)行修件是一個(gè)必不可少的環(huán)節(jié)，往往需要比打印模型花費(fèi)更多的時(shí)間，這在前期3D打印軟件里放置模型的時(shí)候可以有效避免，首先是模型的朝向，我們可以把需要展現(xiàn)的部位或者說(shuō)精彩的部位朝上，將支撐放在其背面，比如說(shuō)角色的臉、有花紋的飾物等，而一些不易于看到的部位，比如鞋底、腋窩等，可以直接在上面生成支撐。一些必須生成支撐，又很重要的位置，則需要調(diào)整支撐點(diǎn)的接觸位置，盡量避開(kāi)光滑部位。這樣，在修件的時(shí)候，會(huì)相對(duì)輕松，且能保證模型的整體質(zhì)量。

充分利用打印軟件的功能。耗材的價(jià)格我們無(wú)法改變，但可以改變模型本身。默認(rèn)打印模型是實(shí)心的，這完全沒(méi)有必要，大量的打印材料用于填充是極大的浪費(fèi)。很多3D打印軟件都有抽殼功能，可以讓制作的模型變成中空的造型，這會(huì)節(jié)省1/2甚至2/3的耗材消耗。而不同的模型，所需要的輔助支撐也不同，充分了解不同支撐的功能及樣式，也可以通過(guò)精細(xì)控制達(dá)到耗材少量的節(jié)省。

大部分3D打印軟件可以進(jìn)行打印過(guò)程的預(yù)演，借助此功能可以提前發(fā)現(xiàn)實(shí)際打印過(guò)程中會(huì)出現(xiàn)的問(wèn)題，比如支撐點(diǎn)哪里缺失、哪里會(huì)形成造型粘連等。確保打印過(guò)程的順利實(shí)行，避免打印失敗，也就變相的達(dá)到了節(jié)省耗材的目的。

耐心和細(xì)致，步步為營(yíng)。打印失敗的原因有很多，除了經(jīng)驗(yàn)之外，很多時(shí)候是操作過(guò)程中的大意導(dǎo)致的，大部分打印機(jī)在打印前都需要進(jìn)行調(diào)平操作，只有載物平面各個(gè)位置與打印頭的距離一致才能讓打印過(guò)程穩(wěn)定進(jìn)行，距離過(guò)高會(huì)脫離模型產(chǎn)生縫隙甚至空吐絲，距離過(guò)低會(huì)損壞已經(jīng)打印好的模型。而調(diào)平操作沒(méi)有什么捷徑，就是不斷確認(rèn)不同位置的距離，進(jìn)行手動(dòng)或電動(dòng)的調(diào)整。耐心是3D打印人員的一個(gè)必備素質(zhì)。

綜上所述，從軟件輸出技術(shù)的角度去探究GK模型的生產(chǎn)流程，可以對(duì)數(shù)字方式制作GK模型這一新技術(shù)進(jìn)行整理和優(yōu)化，幫助設(shè)計(jì)者考慮最終輸出問(wèn)題，提前規(guī)避一些不必要的錯(cuò)誤，從而提升GK模型的表現(xiàn)力。隨著技術(shù)的發(fā)展，人們的審美水平不斷提升，個(gè)性化要求也更加明顯，必然會(huì)催生新的產(chǎn)業(yè)，職業(yè)分類(lèi)也會(huì)更加細(xì)致。2020年5月11日中國(guó)就業(yè)培訓(xùn)技術(shù)指導(dǎo)中心發(fā)布《關(guān)于對(duì)擬發(fā)布新職業(yè)信息進(jìn)行公示的公告》，擬新增10個(gè)新職業(yè)，其中就包括增材制造（3D打印）設(shè)備操作員。可見(jiàn)對(duì)3D打印這一新興事物的重視，而除了將專(zhuān)業(yè)技術(shù)提升到職業(yè)高度，3D打印軟件的優(yōu)化與革新也是必不可少的，開(kāi)發(fā)商應(yīng)切實(shí)從服務(wù)角度出發(fā)，簡(jiǎn)化軟甲的操作流程，明確各種命令的功能，方便各類(lèi)人員使用，從根源上解決技術(shù)對(duì)設(shè)計(jì)的阻礙。只有各方面協(xié)同合作，才能縮短設(shè)計(jì)向產(chǎn)品轉(zhuǎn)化的時(shí)間，讓設(shè)計(jì)師能全身心投入，讓“中國(guó)制作”變?yōu)椤爸袊?guó)創(chuàng)造”。