三维模型拓扑与布线

2017-11-09赵伟明

电子技术与软件工程 2017年19期

摘要布线与拓扑，是塑造3D模型的结构线和辅助线，它是一个模型存在的根本，对于初学者在建模中经常重要于考虑造型的准确性，而忽略了布线的意义。本文通过分析各类模型布线要求及模型布线常见错误，结合目前技术提出模型布线方法及技巧。

【关键词】3D 建模拓扑布线

在 3D 建模里，拓扑（Topology）概念，指的是多边形网格模型的点线面布局、结构、连接情况。拓扑对于多边型建模模型是一个比较重要的进阶概念。如果 3D 模型只有型，虽能渲染出好的结果，但是如果没有一个好的拓扑结构，依然不能称得上是一个好的模型。

如图1可以看到，虽然两个平面的外观、大小是一样的，但是内部的顶点、边线、面的排布方式却不尽相同。右边的平面内部结构仅仅是平直的网格，左边的却复杂一些，平面、边线围绕中心部分，形成了一个环状的结构。创建一个模型，如果拥有良好的拓扑结构，不仅模型布线外观看起来比较干净规整，还在很大程度上，改善了建模的工作效率，可以更快、更精确地进行修改、操作模型的整体和细节，从而更好的反映这个物体的结构特征。

1 各类模型布线要求

目前在3D角色建模中，一个角色完整的工作流程经常先在ZBrush软件中雕刻模型、然后拓扑、展UV、制作贴图。但是ZBrush软件雕刻好的模型常常不能直接使用要重新拓扑，拓扑时又要考虑布线问题。主要原因是首先，在ZBrush软件中创建出来的模型由于面数过高而且网格布线混乱这样对往下的工作造成很大影响，因此不能使用，那么就要进行拓扑，重新创建一个合理的结构布线并且保持模型原貌。正确的结构布线能帮助我们更好地完成往下的工作，特别是在制作贴图和动画时所起的关键作用。

模型一般分为影视用模型（高模）和游戏用模型（低模）两大类。低模又可分为网络游戏模型和次时代游戏模型，两者只存在精度和面数上的差别。

1.1 影视用模型（高模）

一般先是在三维软件中建立一个虚拟场景，按照所要表达的要求建立好模型、灯光、动画等操作，完成后让计算机自动运算，渲染生成最终画面。这样就不需要显卡及内存进行大量的即使演算，也不用考虑后台服务器能承载多少玩家运行此游戏，因此我们在创建模型时，布线要符合动画原理，以达到视觉效果为主，面数精度要高，细节要丰富，尽量避免三角面出现。

1.2 网络游戏模型

网络游戏要保证玩家的电脑运行流畅，因此会对模型面数有着严格控制要求，面数一般会控制在400-2000之间。制作时只要遵循建模基本原则，能表现出模型的轮廓，便可对模型任意拓撲，可以大量使用三角面进行低模制作，有效控制节省资源。

1.3 次时代游戏模型

次时代游戏模型的细节可以用法线贴图表现，而在建模时要考虑的是需要进行模型、贴图、材质等即时演算，因此把面放在最有用的地方，在不影响结构、精度、比例情况下节省面数随着PC硬件日新月异的更新换代，游戏机的推陈出新，次世代游戏对模型的要求也越来越高，单个角色面数过万也有。

2 模型布线常见错误

在建模或重新布线时，往往因为大意疏忽造成一些小的错误，这些小错误足以影响模型的整体效果，如果不及时处理，后果不堪设想。下面根据雕刻时总结出的常见错误，介绍几种模型布线常见错误。

2.1 不完整几何体

不完整的几何体指的是没有完全闭合，模型上有开口的多边形。

2.2 模型避免穿插

模型之间尽量避免穿插，意思是尽量不要让一个模型插入另一模型，最好的做法是把重叠的部分删除，把多个零件尽量做成一个模型，节省面数之余又能提升加载速度。

2.3 移除孤立顶点

孤立顶点指的是不构成面的顶点，是多余出来的点，通常是制作时无意间复制了某个点从而造成错误，孤立顶点也会对模型的最终效果产生影响，所以必须移除孤立顶点。

2.4 删除重合面

两个面重合，这个情况都是在制作过程中不小心复制了某个面而造成的，虽然问不算严重，但为了避免影响最终效果，制作完成后一定要仔细检查模型，确保没有出错。

3 模型布线方法及技巧

3.1 影视用模型（高模）

3.1.1 布线的疏密依据

无论是游戏级角色还是电影级角色，布线的方法基本上都没有太大区别，只是在疏密程度上有所不同，基本上可以遵循这样的规律：运动幅度大的地方线条密集，这主要是为了能在做动画时，促使模型更自由的伸展运动，相反运动幅度小的区域用稀疏的线，包括头盖骨，部分关节较少运动的地方。

3.1.2 均等四边形法

顾名思义，均等四边形法要求线条垂直或平行骨骼走，线的排列规则、平均组成元素均是四边形，由于面与面的大小均等，排列有续，因此在进行后续的制作时，包括展开拓扑图、给角色蒙皮以及添加肌肉变形等方面提供了很大的便利。

3.1.3 5星、3星、多边面和三角面

由于模型需要圆滑的关系，高模在布线方面忌讳的东西要比低模多很多。高模在圆滑后，那些塑造形体时创建的三星，三角面，多星，多角面会严重影响模型的平滑度和伸展能力以及肌肉正常变形。因此在无法避免的情况下，将5星和3角面尽量藏置在肌肉运动幅度较小的地方或在主视线以外的地方。

人脸作为整个模型的核心部位，要求比其他部位更严格，要更加细致地对其进行布线。眼眶和嘴部周围的线圈越多，越利于肌肉的伸展和表情动画的制作。

3.1.4 一分三法

“一分三”主要用于由简单向复杂的过渡处理（渐增细节），勾勒处的布线如果不按照一分三的方法将线分下来，鼻翼的外形就很难被塑造出来。大腿处如不用此方法，臀部线就不能进行自由的动画变形。

说完“一分三”法，这里要提一下“一分二”法。它们是有本质上的区别的。“一分二”法一般用于改变线路的走向。脸部红色勾勒的5星黄色勾勒的5星，它是由不同肌肉在交界时产生出来的，起到了分流造型的作用。无论是“一分二法”还是“一分三法”都是会产生5星。

3.2 网络游戏模型（低模）

3.2.1 三角面的运用

游戏低模与影视高模恰恰相反，高模一般会尽量避免出现三角面，三角面一般情况下会出现在较为平整的面上，而转折较大的地方运用三角面，會对模型平滑后的效果产生一定影响。相反，对低模来说高模忌讳的东西却是精简面和塑造形体的重要组成元素。低模布线的原则是：在尽可能少的面数下表现出尽可能丰富的结构细节，仔细观察模型的面数变化。

3.2.2 合理节省线段

游戏低模只要能够满足视觉、结构造型要求，那么怎样使用三角面都无限制，可以针对造型用的面，把所有对模型结构造型不产生影响的点全部塌陷，达到面的精简。

3.3 次时代游戏模型（低模）

3.3.1 布线规则

在准备拓扑模型前，首先了解清楚要做模型它的大型、结构、细节，先根据大型去定出模型的比例，概括大形，根据走向清晰布线。

3.3.2 精简线段，点线共存

在能够准确表达结构、形体的情况下以最少的面进行表现，让模型中的每条线都发挥出实质性的作用。布线过密会给我们的贴图控制造成一定的难度，尤其是游戏和动画模型。

3.3.3 正确处理三边面、五边面

在游戏建模中，三角面可以很好的表达转折位置，只要不出现破面即可。但在制作需要运动的模型时就要多加考虑三边面、五边面的出现是否会影响往下的动作环节。

3.3.4 养成良好的布线习惯

在不断实践过程中，要养成良好的布线习惯，首先把握好整体的大形、比例，从多个角度切换观察、调整，随时处理出现的问题，做好游戏模型标准细致的表现设计，任何一个细小的地方也不要放过，哪怕是一个不显眼的小零件。

4 拓扑技巧