對3Ds中UVW Unwarp編輯器在毛絨玩具開版上的應(yīng)用研究

張鈺糧

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

毛絨玩具；開版；UVW Unwarp；簇

0 引言

隨著計算機(jī)圖形技術(shù)的迅猛發(fā)展，毛絨玩具的開版由以前的手工作業(yè)更多地轉(zhuǎn)向?qū)浖囊蕾嚒＿^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)計師先在腦海中成像，再將立體效果繪制出來，整個過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，這個過程就是我們俗稱的開版或制版。接著依照紙樣裁片，把裁好的布料邊緣對齊縫制，最后“翻面-充棉-縫合”得到實(shí)物。以前開版需要反復(fù)的修改和推敲，會消耗大量的時間和精力，所以目前大多數(shù)毛絨玩具生產(chǎn)或代工企業(yè)都偏向于用電腦開版來代替手工制版[1]。

1 計算機(jī)軟件的發(fā)展與毛絨玩具開版

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)過長期探索，發(fā)現(xiàn)3Ds中有一款UVW Unwarp編輯器（以下簡稱“UVW Unwarp”）可以用于毛絨玩具的開版上，而且簡單實(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)計的人員注意。對普通產(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，形成一片片的“簇”。這個“簇”在游戲中被用來約束材質(zhì)或紋理在角色貼圖網(wǎng)格上的范圍，而在開版中可以視作不同的紙樣形狀，這個利用“簇”將三維模型表面拆分并展平的過程可以等效于設(shè)計師腦海中的毛絨玩具開版過程，只不過前者給人的感覺更為直觀貼切。

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

2 以“自動”展開方式為毛絨玩具開版

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

圖1

UVW Unwarp中共有3個子物體層級，“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“Mapping＞Flatten Map?ping”、“Mapping＞Normal mapping”、“Mapping＞Unfold mapping”對話框，點(diǎn)擊“確定”得到網(wǎng)格自動展開后的效果?？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

下面再對這三種“自動”展開方式進(jìn)行深入討論。“Flatten mapping”雖然能夠使每個“簇”邊緣實(shí)現(xiàn)精確對位，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)的使用難度會否加大，光是后期縫制就會消耗大量的勞動力。再來看“Normal mapping”，與“Flat?ten mapping”相反，雖然這種方式展現(xiàn)出來的“簇”最為簡潔，但是由于“簇”被分得過于集而造成了一個很大的問題——細(xì)節(jié)表現(xiàn)被削弱。一般而言。裁片越多對曲面形態(tài)的還原也就越逼真，但是會加大裁剪及縫紉難度；反過來裁片越少，曲面形態(tài)的損失就越多，所以開版是一個相互牽扯、動態(tài)平衡的過程。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題，布料的伸縮性能會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，那么應(yīng)力肯定會在某處集中釋放，使毛絨玩具無法緊繃，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”分解得過于零碎，也要防止將“簇”分解得過于大片和籠統(tǒng)化，特別是對有機(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_的特點(diǎn)。其問題還是在于沒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。

3 以“手動”展開方式為毛絨玩具開版

“手動”展開網(wǎng)格比“自動”展開網(wǎng)格更具靈活性和準(zhǔn)確性，對網(wǎng)格的分割擁有更大的自主性，在生成“簇”時可以充分考慮制造對消解布料張力的需求來設(shè)置接縫，形成一個毛絨玩具打樣緊密聯(lián)系上、中、下游各生產(chǎn)階段對批量化實(shí)施要求的過程。這樣毛絨玩具數(shù)字模型的創(chuàng)建變得不再孤立，無論從提高開版速度還是減少用料成本來說，作為一個連接前后工序的橋梁為整個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)工具來詳細(xì)闡釋如何“手動”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”，這時打開“Edit UVWS”貼圖展開面板會發(fā)現(xiàn)趴狗嘴部的網(wǎng)格已經(jīng)與其他網(wǎng)格斷開了，成為一個單獨(dú)的“簇”，如圖3所示。選擇“簇”中的一個頂點(diǎn)，拖動它發(fā)現(xiàn)“簇”形態(tài)會隨跟隨該頂點(diǎn)的移動整體變化，變化的范圍具有衰減性，即靠近拖動點(diǎn)的部分變形大，遠(yuǎn)離拖動點(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”形狀盡量接近開版的需要。

圖3

“Peel map”能夠在開版的同時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，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顯現(xiàn)。三維形態(tài)等于為開版提供了一個虛擬的，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)時交互，彼此變化都會在對方窗口上顯現(xiàn)出來，從而極大地減輕了開版時需要憑借空間想象力來分割形態(tài)網(wǎng)格的腦力負(fù)擔(dān)。

（2）以“Pelt map”伸展“簇”

“Pelt map”是對“Peel map”的輔助，該工具可以自動調(diào)正網(wǎng)格形狀，在開版中可以根據(jù)“簇”形狀的要求來松弛網(wǎng)格。當(dāng)“簇”被分離以后，對其添加“Pelt map”，這時圍繞“簇”邊緣會顯示一個圓環(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，而“彈簧”拉動整個“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“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”，這時邊緣內(nèi)的網(wǎng)格均被視作“預(yù)剝離”的對象?！邦A(yù)剝離”并非真正將這一部分網(wǎng)格與整體斷開，而是在使用“Peel map”時只要選中網(wǎng)格組中的任何一片網(wǎng)格，系統(tǒng)就會將剝離自動擴(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，還需要對其進(jìn)行平滑、描邊等處理后，才能得到完整的開版圖。在“UVW Un?warp”中點(diǎn)擊“Open UV Editor”打開“Edit UVWS”，找到“Tools＞Render UVWmaps”，彈出“Render UVs”，在其中可對各項(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“窩口”，對一些不符合縫紉常識的地方也要做輕微調(diào)整[7]。最終開版效果及縫制實(shí)物如圖7所示。

圖6

5 結(jié)語

UVW Unwarp具有強(qiáng)大的網(wǎng)格坐標(biāo)展開功能，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版中，表現(xiàn)為將三維模型拆分相互拼接的“簇”，這個“簇”即是縫制所需的裁片紙樣。由此可以看出計算機(jī)圖形學(xué)的功能范疇并非僅限于開發(fā)者最原始的目標(biāo)，經(jīng)過使用者的學(xué)習(xí)，能夠使其獲得被“二次開發(fā)”的機(jī)會[8]。本文研究UVW Unwarp在毛絨玩具開版中的應(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)做一個參考。

圖7