三維技術(shù)在影視手辦設(shè)計(jì)中的應(yīng)用

馬美琪　李 鵬（通訊作者）　陶毓博?。|北林業(yè)大學(xué)　150040）

一、引言

手辦（日語(yǔ)：ガレージキット）原指未涂裝的樹(shù)脂模型套件，是收藏模型的一種，多指人物角色模型，也可指汽車(chē)、建筑物或空想事物模型。影視手辦是以影視作品角色或元素為原型的手辦，是影視衍生品的重要組成部分。影視產(chǎn)業(yè)鏈中，下游衍生品開(kāi)發(fā)取得成功，上游創(chuàng)意制作和中游發(fā)行播映才能從市場(chǎng)回收成本并最終盈利。

三維技術(shù)主要包括三維打印，三維建模和三維掃描。三維打印的基本原理是將數(shù)字三維模型按某一坐標(biāo)軸切成無(wú)限多剖面，通過(guò)物理層疊加的打印方式，按指定位置堆積，形成實(shí)體立體模型。數(shù)字三維模型數(shù)據(jù)可通過(guò)三維建模和三維掃描兩種方法獲得。三維掃描技術(shù)利用三維掃描儀獲取待測(cè)物體表面各點(diǎn)三維坐標(biāo)，將獲得數(shù)據(jù)構(gòu)造成三維模型的先進(jìn)全自動(dòng)測(cè)量技術(shù)。三維建模也稱(chēng)計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)技術(shù)，利用三維建模軟件可準(zhǔn)確、直觀展現(xiàn)各種模型，還能構(gòu)造出各基本體，將其組合或切割，構(gòu)造出新的組合體。

三維技術(shù)在產(chǎn)品設(shè)計(jì)上具有精準(zhǔn)復(fù)刻、易于調(diào)整等優(yōu)勢(shì)，在制作上具有周期短、操作簡(jiǎn)單等特點(diǎn)。本文以個(gè)性化影視手辦設(shè)計(jì)實(shí)踐為例，探討三維技術(shù)在影視手辦設(shè)計(jì)中的一般方法和可行性，為三維技術(shù)應(yīng)用于影視衍生品制作提供實(shí)例參考。

二、影視手辦設(shè)計(jì)的三維技術(shù)應(yīng)用實(shí)例

三維技術(shù)可以使影視手辦突破傳統(tǒng)設(shè)計(jì)方式，幾乎完全為數(shù)字化流程，設(shè)計(jì)的一般流程如圖1所示。文中以電視劇《塵埃落定》女主角塔娜為形象依據(jù)，如圖2所示。采用個(gè)性化設(shè)計(jì)方法和綜合材料藝術(shù)表現(xiàn)，說(shuō)明三維技術(shù)應(yīng)用于半立體影視手辦的一般流程。

圖1　三維技術(shù)下的影視手辦制作一般流程（圖片來(lái)源：本文作者）

圖2　影視手辦形象依據(jù)（圖片來(lái)源：網(wǎng)絡(luò)）

1.人體上身三維掃描

人體上身三維掃描使用3D Systems sense三維掃描儀，掃描過(guò)程如圖3a所示，經(jīng)初步剪裁得到著色三維數(shù)字模型，如圖3b所示。三維掃描過(guò)程中注意室內(nèi)光照射充足，保持被測(cè)面光線亮度一致，避免陰影和過(guò)度曝光區(qū)域，否則難以獲取點(diǎn)云數(shù)據(jù)，三維模型保存為STL格式文件。

圖3　三維掃描（圖片來(lái)源：本文作者）

2.數(shù)據(jù)處理及模型建立

首先將模型文件導(dǎo)入逆向工程軟件Geomagic Studio，然后使用“網(wǎng)格醫(yī)生”智能查找釘狀物、小孔等影響模型質(zhì)量的部分并刪除，再使用“全部填充”工具填充模型孔洞。以上兩步并稱(chēng)為平滑處理，如圖4a所示。然后進(jìn)入重新設(shè)計(jì)環(huán)節(jié)，使用“剪裁工具”在X軸方向去除模型胸以下部分，Y軸方向上將背部切成豎直平面，模型保存為STL格式文件，如圖4b所示。操作時(shí)注意使用“薄片剪裁”工具剪裁，裁切處可形成填充平面，另外Y軸方向剪裁需保留人耳以前部分，否則造型缺乏立體感。并且選擇按曲率填充，修補(bǔ)基礎(chǔ)上可最大限度保持原造型。

圖4　數(shù)據(jù)處理及模型建立（圖片來(lái)源：本文作者）

3.三維打印

使用極光爾沃Z-603S型FDM 三維打印機(jī)，熱塑性聚氨酯彈性體橡膠TPU（Thermoplastic polyurethanes）線材作為耗材，TPU具有耐磨、耐油，透明的特點(diǎn)，并且其機(jī)械性能、物理性能及彈性良好。

將STL格式三維模型文件導(dǎo)入三維打印機(jī)前臺(tái)控制軟件Cura中，將原模型同比縮小至合適比例。模型最大平面設(shè)置為與熱床的接觸面以避免支撐結(jié)構(gòu)， 如圖5a所示。通過(guò)模型切片處理和打印模擬預(yù)覽模型打印狀態(tài)，發(fā)現(xiàn)問(wèn)題并預(yù)先調(diào)整，最終將主要打印參數(shù)設(shè)置為：層高0.1mm；外殼0.8mm；填充密度10%；打印速度60mm/s，導(dǎo)出為Gcode格式的打印控制文件，如圖5b所示。

三維打印機(jī)讀取打印控制文件后就可逐層打印，模型內(nèi)部填充結(jié)構(gòu)和外表面較薄，打印過(guò)程中需持續(xù)觀察，及時(shí)清理異常出絲，防止刮帶，如圖6a所示，打印完成后可最終獲得實(shí)體模型，如圖6b所示。

圖5　模型切片處理（圖片來(lái)源：本文作者）

圖6　三維打?。▓D片來(lái)源：本文作者）

4.后期處理

三維打印影視手辦的后期處理包括：

（1）補(bǔ)土打磨

FDM三維打印在“層層疊加”成型過(guò)程中會(huì)產(chǎn)生凹凸表面和臺(tái)階紋，這些缺陷通過(guò)補(bǔ)土彌補(bǔ)。將原子灰混入硬化劑均勻涂抹于模型表面，并立即清除堆積材料，如圖7a所示。原子灰完全干燥硬化后，使用壁紙刀將不平整部分逐一清除，再使用電動(dòng)打磨器配合不同形狀和尺寸打磨頭進(jìn)一步平滑處理，如圖7b所示。

（2）上色修飾

首先使用白色自噴漆噴涂模型表面以覆蓋原子灰顏色，干燥后使用接近人體膚色的米黃色漆體噴涂如圖7c所示，最后選用白色光油噴涂，延長(zhǎng)模型使用壽命，待表面漆完全干燥后，使用丙烯顏料上色，如圖7d所示。

（3）服飾裝飾

首先使用相應(yīng)的布料、木珠、銀飾等依據(jù)影視原型制作襯衣、長(zhǎng)袖長(zhǎng)袍、圓頂皮毛，銀管頭飾和彩珠項(xiàng)鏈，再使用502膠水將其按合理位置固定在內(nèi)徑為合適尺寸的胡桃色原木相框中，最終完成半立體影視手辦擺件的制作，如圖8a和8b所示。

圖7　模型后期處理（圖片來(lái)源：本文作者）

圖8　半立體人形影視手辦擺件（圖片來(lái)源：本文作者）

三、三維技術(shù)應(yīng)用的優(yōu)勢(shì)

1.工藝過(guò)程優(yōu)勢(shì)

傳統(tǒng)手辦先由設(shè)計(jì)師繪制二維草圖，原型師按草圖塑造初始模型，再根據(jù)手辦原型制造模具，最后使用模具灌注液體樹(shù)脂形成部分模型，打磨涂裝后獲得成品。模具灌注生產(chǎn)方式每次開(kāi)模只能生產(chǎn)十到二十個(gè)產(chǎn)品，每批次模型間稍有差別，模具損耗達(dá)到一定程度將無(wú)法繼續(xù)使用。三維技術(shù)下手辦只需創(chuàng)建模型、打印生產(chǎn)和適當(dāng)后期處理，工藝實(shí)現(xiàn)簡(jiǎn)化。三維數(shù)字模型可永久保存，方便攜帶和異地傳輸且不受批量和批次限制。

2.經(jīng)濟(jì)成本優(yōu)勢(shì)

傳統(tǒng)模具灌注方法以聚胺基甲酸酯（俗稱(chēng)PU樹(shù)脂）為原材料，價(jià)格較高。灌注過(guò)程中很難避免氣泡，導(dǎo)致模型表面破損，歸為殘次品，嚴(yán)重浪費(fèi)材料。三維打印采用PLA等環(huán)保材料，可完全避免產(chǎn)生氣泡，增材制造幾乎不產(chǎn)生廢料，支撐結(jié)構(gòu)和打磨中產(chǎn)生的少許廢料可進(jìn)行再利用。三維技術(shù)還可實(shí)現(xiàn)影視手辦制作模塊化，如同一角色的不同造型，軀干不變，靈活重組其余部分即可，實(shí)現(xiàn)軀干模型的重復(fù)利用。

3.設(shè)計(jì)靈活優(yōu)勢(shì)

傳統(tǒng)手辦設(shè)計(jì)“線性”過(guò)程不可逆，中間環(huán)節(jié)出現(xiàn)問(wèn)題，容易前功盡棄。三維技術(shù)可打破“線性”流程，打印中出現(xiàn)的問(wèn)題可隨時(shí)調(diào)整三維模型數(shù)據(jù)解決，且用時(shí)短暫。三維技術(shù)使影視手辦不再受比例尺寸和材料限制。用傳統(tǒng)石膏或黏土材料制作手辦母模常出現(xiàn)局部比例不準(zhǔn)確或整體尺寸有偏差，三維數(shù)字建?？蓽?zhǔn)確輸入模型尺寸參數(shù)，簡(jiǎn)單準(zhǔn)確；手辦尺寸較小，細(xì)節(jié)刻畫(huà)難度大，三維建模軟件可將模型局部放大，雕刻工具尺寸也可調(diào)小，保證細(xì)節(jié)順利刻畫(huà)。

4.個(gè)性化定制優(yōu)勢(shì)

個(gè)性化時(shí)代來(lái)臨，人們不再滿足大眾產(chǎn)品消費(fèi)，影視愛(ài)好者也更傾向于消費(fèi)突出個(gè)性的作品。但消費(fèi)者目前幾乎無(wú)法獲得自己從源頭參與的影視手辦，市面上的DIY手辦需購(gòu)買(mǎi)固定造型的無(wú)色模塊，消費(fèi)者可參與的部分只有上色與組裝。三維技術(shù)環(huán)境下，消費(fèi)者可付費(fèi)下載或自行創(chuàng)建影視角色三維數(shù)字模型，打印成型后進(jìn)行打磨和涂裝。還可對(duì)角色原型進(jìn)行個(gè)性化再設(shè)計(jì)，如將原創(chuàng)元素融入手辦造型，全程參與手辦設(shè)計(jì)。影視文化企業(yè)可在官網(wǎng)售賣(mài)原創(chuàng)作品三維模型，對(duì)消費(fèi)者來(lái)說(shuō)是全新的消費(fèi)和設(shè)計(jì)體驗(yàn)，對(duì)企業(yè)來(lái)說(shuō)是新商機(jī)。

四、結(jié)語(yǔ)

本文應(yīng)用三維打印、三維建模和三維掃描技術(shù)，實(shí)踐了影視手辦的制作的全流程，實(shí)踐過(guò)程和結(jié)果表明三維技術(shù)能改善傳統(tǒng)手辦設(shè)計(jì)方法，簡(jiǎn)化影視手辦制作工藝，通過(guò)節(jié)約材料、人力和時(shí)間有效提高設(shè)計(jì)效率。數(shù)字化設(shè)計(jì)方式及能夠改進(jìn)傳統(tǒng)手辦生產(chǎn)線性流程，使設(shè)計(jì)不再受材料限制，設(shè)計(jì)自由度和創(chuàng)新空間有效提升并為實(shí)現(xiàn)產(chǎn)品個(gè)性化定制提供了可能。

注釋?zhuān)?/p>

1.圖2來(lái)源：網(wǎng)絡(luò).

2.圖1；圖3至圖8來(lái)源：本文作者.