基于教學(xué)的3ds Max三維頭部建模技術(shù)研究

洪順

摘要：三維動畫在國內(nèi)外已成為與漫畫、電影一樣普及的娛樂媒介，并且隨著商品化的發(fā)展而變得應(yīng)用范圍更加廣泛。設(shè)計者在設(shè)計角色模型時，必須要考慮角色面部的布線，而角色的布線是基于面部的骨骼與肌肉的走向而分布的。基于面部的肌肉和骨骼結(jié)構(gòu)，分析現(xiàn)有技術(shù)下面部建模的布線和造型技巧，研究面部模型搭建的關(guān)鍵性技術(shù)。通過3ds Max的角色頭部建模的設(shè)計與實現(xiàn)，論述了基于教學(xué)的三維角色頭部模型的制作方法，以及三維角色頭部建模系統(tǒng)的設(shè)計原理與思路和具體的設(shè)計過程。并以此驗證了面部建模的布線和造型技巧的準(zhǔn)確性和實用性。在實際的制作過程中，使用多邊形建模技術(shù)實現(xiàn)了三維頭部模型的創(chuàng)建。

關(guān)鍵詞：模型創(chuàng)建；面部布線；頭部模型

三維的造型形象，它兼具多元文化特色，能同時滿足人們對個性和娛樂性的需求。市場上以三維形象設(shè)計生產(chǎn)的產(chǎn)品隨處可見，其帶來的影響也越來越廣泛，三維藝術(shù)開啟了我國乃至世界藝術(shù)界的新潮流。在教學(xué)的過程中，學(xué)生對頭部模型的創(chuàng)建以及面部繪制一直是學(xué)習(xí)的難點部分。有很多學(xué)生在制作的過程中不能將布線與造型很好的整合在一起。本論文從三維模型的面部塑造出發(fā)，研究3ds Max軟件中頭部模型的創(chuàng)建的關(guān)鍵性技術(shù)。對于幫助學(xué)生研究角色頭部建模技術(shù)并將其應(yīng)用到實際的動畫制作之中，實現(xiàn)更加逼真的動畫效果，有著非常重要的現(xiàn)實意義。在研究三維卡通角色造型塑造的原則與方法的基礎(chǔ)上，分析主流的三維模型制作技術(shù)的特點，并設(shè)計出一套方便學(xué)生學(xué)習(xí)及掌握的布線合理造型準(zhǔn)確的三維模型制作方案。

一、3ds Max建模布線分析

面部布線的一般規(guī)律是以合適的面來表現(xiàn)更多的結(jié)構(gòu)及轉(zhuǎn)折，并保證在相應(yīng)面數(shù)下邊緣盡可能的圓滑。平坦部分盡量減少面數(shù)，而為了減少鋸齒，表現(xiàn)圓潤的效果，有起伏有弧度的部分則需要一定的面數(shù)。創(chuàng)建模型需要講究的是合理利用面的能力。學(xué)生在進(jìn)行那個人創(chuàng)作時，由于資金、硬件等問題，在進(jìn)行高模的制作時，必須保證將模型的細(xì)節(jié)表現(xiàn)到位的同時，不能讓模型產(chǎn)生大量的分段數(shù)。設(shè)計者在設(shè)計角色模型時，必須要考慮角色面部的布線。而角色的布線是基于面部的骨骼與肌肉的走向而分布的。設(shè)計者之所以在創(chuàng)建模型的時候反復(fù)斟酌、調(diào)整布線效果，正是因為布線的效果，會直接影響后續(xù)的面部表情制作。布線優(yōu)秀的模型，能為面部表情制作提供良好的操作基礎(chǔ)。這樣在調(diào)節(jié)表情動畫時，設(shè)計者會非常輕松的實現(xiàn)面部表情的校對和處理。反之，如果在設(shè)計者在設(shè)計模型的時候，片面的追求模型的造型，而忽略布線效果的話，為會后面的動畫調(diào)節(jié)帶來毀滅性的打擊，嚴(yán)重影響動畫調(diào)節(jié)的進(jìn)度。

二、角色頭部建模的設(shè)計與制造

（一）頭部整體制作

創(chuàng)建一個長方體，為了方便面部五官的塑造，將高度的分段數(shù)設(shè)為2。為制作好的模型添加平滑效果，以添加模型的分段數(shù)。在制作的過程中為了更有效率的進(jìn)行制作，需要使用“對稱”修改器對模型進(jìn)行修改，調(diào)整出頭部的基本輪廓。將模型右下方的頂點刪除，為后面的脖子結(jié)構(gòu)的制作預(yù)留空間。在完成頭部基本形體塑造以后，開始制作面部基本的五官特征。制作開始時以面部的運動發(fā)源點為基點開始面部五官的搭建。首先確定模型的嘴部位置，以口輪匝肌中心為原點，制作嘴裂的結(jié)構(gòu)，同時調(diào)整嘴部向四周進(jìn)行放射狀的布線。其次，確定模型的眼睛位置，以眼輪匝肌中心為原點，制作眼裂的結(jié)構(gòu)，同時調(diào)整眼睛向四周進(jìn)行放射狀的布線繪制。接下來就可以按照布線規(guī)律為模型加線，制作眼輪匝肌和口輪匝肌之間的結(jié)構(gòu)線。再次，繪制了鼻子的結(jié)構(gòu)線，并調(diào)整出鼻子的基本體積。細(xì)化模型效果，為模型加線，豐富眼部的結(jié)構(gòu)，完成面部基礎(chǔ)布線的繪制和造型的塑造。

筆者設(shè)計的頭部模型整體制作的方法，可以很好的從整體上確定面部五官的基本體積，幫助學(xué)生找準(zhǔn)眼輪匝肌和口輪匝肌的基礎(chǔ)布線，并通過刪除的點確定脖子的位置，為后續(xù)深化制作面部細(xì)節(jié)和梳理布線提供了很好的基礎(chǔ)，方便學(xué)生對頭部模型基礎(chǔ)塑造的

（二）鼻型的制作

唇型的基礎(chǔ)布線繪制完成后將進(jìn)入鼻子的制作環(huán)節(jié)。首先從鼻子的大體外形輪廓開始制作?，F(xiàn)在模型鼻子結(jié)構(gòu)的網(wǎng)格線的數(shù)量不足以做出細(xì)節(jié)，這時就要為其結(jié)構(gòu)加線。在確定鼻翼頂端的線，保證布線的走向要環(huán)繞口輪匝肌。在鼻梁側(cè)面的面添加兩條線段。然后將鼻翼位置的點進(jìn)行調(diào)整，形成大體鼻翼的樣子，將鼻翼和鼻梁的結(jié)構(gòu)進(jìn)行區(qū)分。同時繼續(xù)保持布線的走向是環(huán)繞口輪匝肌的。

雖然在表情動畫中鼻子直接參與產(chǎn)生的動畫效果并不多，但是要認(rèn)真考慮鼻子與周圍結(jié)構(gòu)的連接處理。筆者設(shè)計的鼻型制作的方法，不僅能夠較好的還原鼻子的結(jié)構(gòu)，而且可以保證產(chǎn)生的面都是四邊面，還基于面部肌肉結(jié)構(gòu)的分布準(zhǔn)確的處理了鼻子的布線與口輪匝肌和眼輪匝肌的關(guān)系。

（三）唇型的制作

鼻子制作完后，觀察模型發(fā)現(xiàn)唇部的細(xì)節(jié)不夠豐富，為了把嘴唇刻畫得更加生動，需要為嘴部周圍的布線增加段數(shù)。選擇嘴部開口周圍的線，進(jìn)行加線處理，實現(xiàn)圍繞口輪匝肌延伸的布線效果。圍繞嘴裂，添加一圈線段，制作出嘴唇和面部的分界線。將以嘴角為中心的上下兩端的布線調(diào)整均勻，實現(xiàn)上嘴唇和下嘴唇的分段數(shù)的統(tǒng)一。側(cè)面觀察嘴唇的形狀，分別調(diào)節(jié)上下嘴唇的凹凸形狀，注意唇結(jié)節(jié)的位置和下嘴唇的突起部位，從而產(chǎn)生柔和的嘴唇曲線。

筆者設(shè)計的嘴部布線主要是按照口輪匝肌的結(jié)構(gòu)在嘴部周圍一圈一圈的布線，然后以嘴裂為中心，向四周散射，符合口輪匝肌的肌肉走向。

（四）眼型的制作

首先制作眼眶的結(jié)構(gòu)，復(fù)制出眼皮的結(jié)構(gòu)面。將切出的眼眶繼續(xù)縮放，使用頂點位移工具對復(fù)制出的頂點進(jìn)行位移的操作，調(diào)整眼眶的形狀。因為眼皮是包裹眼球的，想要更加準(zhǔn)確地塑造出眼皮的弧度，可以先給模型做一個眼球，以便確定眼睛的大體形狀。調(diào)整視角，在各個視圖中調(diào)整頂點位置，讓眼眶盡量貼在眼球上面，保持眼眶的弧度，制作眼皮的厚度。

筆者設(shè)計的眼部布線主要是按照眼輪匝肌的結(jié)構(gòu)在眼部周圍一圈一圈的布線，然后以眼睛的中心為點，向四周散射。在造型方面，是按照設(shè)定圖片效果，在內(nèi)外眼角的塑造上進(jìn)行優(yōu)化，保證結(jié)構(gòu)準(zhǔn)確的情況下減少了工作量。

（五）耳朵的制作

使用選擇工具，選中擠出結(jié)構(gòu)，在先前的面上制作出新的結(jié)構(gòu)面。隨時調(diào)整邊的方向和大小，使得整個弧度和耳朵的結(jié)構(gòu)相符，做出耳輪的結(jié)構(gòu)?？紤]到耳朵和頭部的相接問題。耳朵向鬢角連接的橫線過多，臉部的線將會不夠用于連接。在連接的過程中，盡量將面部的結(jié)構(gòu)線與耳朵生成的面進(jìn)行對應(yīng)的連接，避免三角面和五邊面的出現(xiàn)。完善耳輪，使其富有肉感。選擇耳殼縱向上中間的線進(jìn)行調(diào)整。從各個角度進(jìn)行觀察，完成耳朵模型。

耳朵部分基本是不會參與面部表情動畫的，所以在筆者設(shè)計的耳朵的制作方法時，將其制作重心放在耳朵造型的塑造上，此方法在可以有效的減少耳朵向鬢角及周邊范圍連接的線段的基礎(chǔ)上較好的解決模型產(chǎn)生的三角面問題，最終效果邊數(shù)合理，造型準(zhǔn)確。

（六）脖子的制作

選擇下顎中心的線，進(jìn)行結(jié)構(gòu)的復(fù)制。在新復(fù)制出的面上，使用連接工具添加分段。使用橋接工具將下顎中間與邊緣對面的邊進(jìn)行結(jié)構(gòu)的創(chuàng)建。選中頭部與下顎邊緣的線。往下拖拽，復(fù)制出脖子的結(jié)構(gòu)。造型可以按照角色的設(shè)定進(jìn)行制作。觀察模型，發(fā)現(xiàn)脖子前端結(jié)構(gòu)線不夠，所以不能塑造出脖子圓柱形的結(jié)構(gòu)。簡單調(diào)整之后，可以給脖子加線來深入刻畫細(xì)節(jié)。脖子效果制作完成。

筆者設(shè)計的脖子建模方法，可以很好的對脖子圓柱形的結(jié)構(gòu)進(jìn)行塑造。相對于傳統(tǒng)的先創(chuàng)建圓柱再進(jìn)行連接的方法，此方法可以很好的節(jié)省學(xué)生在制作脖子與頭部連接的時間，加快學(xué)生工作的流程。

三、三維頭部模型最終實現(xiàn)

四、結(jié)語

本文是結(jié)合當(dāng)前3ds Max中制作頭部建模的相關(guān)技術(shù)而展開的。通過次方案設(shè)計的三維卡通頭部模型不僅符合面部五官造型上的造型規(guī)律，并且在布線的繪制方面嚴(yán)格按照面部表情肌肉的分布和走向，適合進(jìn)行面部表情動畫的調(diào)節(jié)。學(xué)生在使用此方法的過程中，可以較好的把握從整體到局部再到整體的制作方法，幫助學(xué)生從復(fù)雜的面部布線繪制中找到突破口。對于學(xué)生較好的繪制面部布線提供簡單明了的制作方法，為學(xué)生制作出符合面部表情動畫制作的高級角色頭部模型提供更直觀參考和依據(jù)。

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