胡佳宁

【摘要】    数字雕刻技术是可以让艺术家实现自由创作的三维建模技术，先进的建模功能不同于过去针对点线面编辑的多边形建模方式。本文着重阐述了利用ZBrush数字雕刻软件制作三维数字模型，并以龙形生物的设计制作为例论述游戏角色模型设计流程。

【关键词】    三维建模技术    数字雕刻技术    生物角色模型

随着新媒体产业快速发展，国家对于培养应用型三维动画、影视、游戏人才给予高度的重视，目前各大高校都开设三维动画的相关专业，作为一个艺术性和技术性高度融合的专业，从事这个专业的教师们都在积极探索更新、更科学的教学载体与教学方式。

三维建模在三维动画技术的学习中属于基础部分，但又是重要的一环，其重要程度等同于造型艺术中的素描。在三维动画、游戏中角色、场景和道具等都是通过在三维软件制作而成，三维模型的质量直接会影响到整体作品的品质。教学中常见的三维数字建模是采用多边形（Polygon）建模方式，此方式主要通过对鼠标和参数的控制，对点、线、面等元素进行编辑与修改实现模型制作。制作简单模型来说这一方式尚可，但在制作复杂的生物角色模型时不但操作困难，制作效率也会明显降低。当前教学中主流的3ds Max或Maya等这些专业三维软件集成建模、渲染、动画等多个模块，大都命令繁杂、功能臃肿，初学者面对它们往往不知所措，随着数字雕刻技术的诞生有效解决了传统建模技术存在的问题。[1]以目前应用较广的数字雕刻软件ZBrush为例，软件的功能主要集中在建模，界面的布局简洁，建模功能的针对性得到显著提高。其数字雕刻方式的建模步骤通常是从外形—局部—细节的流程，利用数位笔代替鼠标，模拟现实中的画笔或雕刻工具，过程更加贴近于真实立体模型的制作形式。以往使用3ds Max或Maya建立复杂的生物角色模型至少需要数天的时间，现在通过数字雕刻软件也许只要数个小时即可完成制作。

本文主要介绍基于数字雕刻技术的龙形生物角色模型设计与制作过程。在深入了解数字雕刻技术的基础上，将数字雕刻技术结合三维模型制作的优势与特点进行归纳总结，对模型外形设计、纹理与颜色、渲染展示等制作流程进行分析与研究 ，并结合实例对如何利用ZBrush制作生物角色模型总结出了一整套行而有效的制作流程。[2]

一、外形的设计制作

1.1使用“Zsphere”生成基本外形

在ZBrush软件中建模有多种方法，有利用基本形体块堆叠、ZModel方式等，也有从其他三维软件中导入模型的方法，如从Maya，Max中导出模型后再导入后制作。使用ZSphere生成基本形是ZBrush建模的一大特色，这也被称Z球建模，它是软件所特有的一种建模方式。不同于传统的多边形建模方式是以调整模型的点、线、面来改变物体的外形，Z球建模则是先由大小不一的球体与球链组合成基本形态，通过自适应蒙皮（Adaptive Skin）或快捷键“A”生成网格模型，再进行数字雕刻的建模方式。

1.2身体结构的制作

作品参考的案例是的西方龙形生物，在设计中是一种拥有四肢和一对独立的翅膀，共有六肢的生物。这种生物的形象在很多文学和艺术作品中都可以找到参考，部分结构与远古的恐龙又有很多类似之处，可以参考恐龙的身體结构。制作中通过对素材图例的分析，可以借鉴电影《侏罗纪公园》中迅猛龙的身体结构，其特点是上肢较小、下肢粗大，身体的重心在后腿部位，较长的尾巴则是有利于奔跑时保持平衡和转向灵活。在外形的调整中可以使用Move、ClayBuildup和Inflat画笔得到角色基本形态结构，这三个是ZBrush软件中常见画笔，常用于改变或调节物体的形状，能较快速体现出角色模型的外形，以及骨骼、肌肉的形态特点。

1.3飞翼的制作

作品中飞翼制作的难点在皮膜，在制作中采用的方法是利用遮罩工具（Masking）和挤出工具（Extract），先在平面（Plane3D）上绘制单侧飞翼皮膜形状的遮罩，接着挤出厚度分离出基本形，再利用Move画笔和移动工具将皮膜模型对应到身体和肢体的生长位置，最后进行合并（Merge）操作使躯干与飞翼成为一个整体。在合并前还须激活动态网格（Dynamesh）按钮，这样不同部分的模型在合并后会自动进行重新布线，减少模型在制作过程中出现拉伸和变形的问题，保证合并后模型布线的均匀。

在皮膜上面添加褶皱和破洞是为了更好体现出角色的故事性等这些细节特点。褶皱结合若干种画笔工具即可实现，而破洞的制作同样可以采用遮罩工具（Masking），在制作中绘制遮罩前将皮膜的细分精度（SDiv）调高，遮罩绘制后使用锐化遮罩工具（SharpenMask）将遮罩边缘锐度提高，这样经过分离出来的破洞边缘就较为平滑。其它若干大小不同的破洞重复以上操作就可完成。

单侧的飞翼完成之后使用镜像工具（Mirror）得到另一侧的飞翼，选择其中一个飞翼进行微调，这样整体的造型才不会因为两侧对称而显得单调。后腿至尾部类似皮膜部分的制作，由于其承担的功能不多，结构也相对简单，故制作时可以简化。

二、纹理与颜色的绘制

2.1鳞片、尖刺等的制作与自定义画笔的设置

鳞片特点是数量多且排列有序，采用一般的画笔绘制几乎难以完成，作品中采用的是添加自定义画笔的方式，即将一片鳞片做为元素制作成能绘制连续鳞片的画笔。这个自定义画笔的制作是从立方体（Cube）开始的，逐步进行调整外形与增加鳞片上的纹理使其更逼真，但为了后续制作效率的提高，单个鳞片的精度不需要过高。

角色鳞片形态也不是单一的，例如在四肢、褶皱处等是偏圆滑、扁平，腹部、四肢内侧的鳞片则是更细小些，而后颈、脊背和尾部这些部位的鳞片的棱角更明显。绘制中还需要结合Move画笔使鳞片的位置更加贴合各部位表面，通过这些细节来增加角色的特征表现。鳞片画笔的基本元素绘制作之后，须将其导入为预设画笔，才能进行鳞片的绘制。

头部、尾部等皮肤表面突出来的尖刺也可用自定义画笔来制作，在利用基本形完成尖刺元素制作后，可以根据不同部位尖刺的特点将形态调整到需要的效果。比如下颌部和鳃部的尖刺应当是小而尖，而头部的尖刺是个体明显突出。

2.2褶皱、纹理的绘制

皮肤表面褶皱的制作特别是在毛发较少的动物类模型中褶皱的正确表现可以提高模型的写实性。作品中龙的褶皱的绘制可以参考蜥蜴类生物的皮肤，也可以借鉴影视、游戏作品中经典角色的制作。

关节部位的内侧由于运动经常发生弯折所以褶皱就会较多，其中Damstandard画笔是特别适合用来表现褶皱处的凹陷，再结合Standard画笔可以增加褶皱处的皮肤的质感，这样画笔搭配更具表现力。那些皮肤相对比较紧致的部位则不需要添加明显的褶皱，多了反而显得皮肤表面纹理凌乱。

由于作品的设计不是在展翼飞行状态，因此飞翼的皮膜也是需要进行褶皱的处理，由于结构简单只需运用Standard画笔再结合Alt鍵反向绘制，就可以绘制出效果较好的褶皱。

纹理是生物外表特征的体现，ZBrush软件提供了一种特殊的工具—Alpha画笔，专门用以刻画各种物体表面各种纹理效果。除了使用软件自带的多种Alpha画笔以外，还可以自定义制作中需要的画笔。

例如将类似于蜥蜴皮肤作为素材导入到Photoshop中并处理成灰度图，裁剪成适合的尺寸导出后再导入到Alpha画笔中，这样画笔的白色部分就是凸起的纹理，黑色部分就是凹陷的纹理。将画笔模式设为DragRect形式，它的特点在于可以通过数位笔来回拉动调节所需纹理的大小。在腹部、肢体内侧部位的纹理应当是密集但不明显，头部、脊背和龙爪等部位的纹理则是疏散但明显。

2.3色彩绘制

在模型外形和纹理制作后就可以开始为模型表面着色，这时的画笔需要去掉雕刻功能，打开RGB模式，画笔类型调整为FreeHand画笔，接近于现实中在立体模型表面的手绘上色。在上色中主要分为底色、明暗和细节等三部分。在底色绘制部分，作品的设定为整体偏红色的龙形生物角色形象，腹部为浅橙色，红色与浅橙色之间为自然过度的渐变色，在脊背部位是偏深色，为了体现这部分皮肤较为坚硬的质感。明暗关系在褶皱部位体现较多，褶皱的内侧一般不是受光部分可以加深颜色，而褶皱的外侧一般属于受光部分可以适当提高明度，在一些褶皱明显的凹凸部位可以增强明暗的对比度，即增加受光部分的明度，减弱背光部分的明度，这样更加突出立体感和写实性。

在细节部分，如飞翼皮膜的颜色与主色调一致，边缘、破洞周围需要体现出伤痕的效果，可以降低明度呈暗色调。鳞片是皮肤上凸起且类似老化的角质层，主要分布在腿部、脊背这些位置，它们相对各自周围的皮肤颜色需要偏暗些。爪子和若干部位凸出来的尖刺，需要做出渐变色的效果，即根部颜色深，顶端部分明度较高，这是由于磨损造成的本色呈现。在龙头部位犄角颜色的绘制中，根部的颜色则是褐色为主，只有在顶端部位才会明度变高。

三、模型渲染展示

3.1贴图制作

细节刻画完成后的模型属于高精度模型，面数多达上亿个面，这对于普通的计算机处理能力来说数据量过于庞大，因此实际制作中都会对其进行拓补低模（Retopology）处理，经过拓补处理后的低模面数降低，但各部分所需的结构依旧保留。通常使用用Maya软件中的拓补工具来对模型进行拓补。

低模拓补完成后即可开始多种贴图的制作，其中颜色贴图和UV拆分在ZBrush中就能完成并导出。将UV拆分后的低模导入到Substance Painter软件中与高模进行烘焙操作，烘焙后贴图主要有AO贴图、凹凸贴图、法线贴图等，这些都是后期模型渲染所必须的贴图。

3.2渲染设置

模型的展示主要在Marmoset Toolbag软件中完成，导入低模并分别赋予之前准备的颜色贴图、AO贴图、凹凸贴图、法线贴图等。将模型摆好角度，创建摄像机，设置合适的光源，调整渲染器参数并最终渲染出图。渲染出来的效果图可在后期使用Photoshop等图像处理软件进行优化与调整。

四、结束语

在数字图形技术迅速发展的大背景下，新技术加速推动新媒体产业的变革。随着三维模型制作需求提高，尤其是生物模型的复杂程度变高，数字雕刻技术对模型的设计与制作的重要性就更加突出。这一技术改变了创作设计模式，摆脱了传统软件技术对艺术家们的思维和双手束缚。也让初学者们更专注于设计思维的养成，有利于充分发挥想象力和创造力。简化了三维数字模型的制作程序，缩短了模型的制作时间，有效控制制作成本。相信随着三维计算机图形技术的不断发展，数字雕刻技术的应用领域也将不断扩大。

参  考  文  献

[1]秦建华.数字建模技术在艺术品设计中的应用——以雕花铜炉开发设计为例[J].美术大观，20180（10）：118-119.

[2]郭晓芳，余日季.基于数字雕刻技术的次世代游戏角色模型设计与制作[J].新媒体研究，2019（21）：97-101.