三维技术在影视手办设计中的应用

马美琪　李 鹏（通讯作者）　陶毓博　（东北林业大学　150040）

一、引言

手办（日语：ガレージキット）原指未涂装的树脂模型套件，是收藏模型的一种，多指人物角色模型，也可指汽车、建筑物或空想事物模型。影视手办是以影视作品角色或元素为原型的手办，是影视衍生品的重要组成部分。影视产业链中，下游衍生品开发取得成功，上游创意制作和中游发行播映才能从市场回收成本并最终盈利。

三维技术主要包括三维打印，三维建模和三维扫描。三维打印的基本原理是将数字三维模型按某一坐标轴切成无限多剖面，通过物理层叠加的打印方式，按指定位置堆积，形成实体立体模型。数字三维模型数据可通过三维建模和三维扫描两种方法获得。三维扫描技术利用三维扫描仪获取待测物体表面各点三维坐标，将获得数据构造成三维模型的先进全自动测量技术。三维建模也称计算机辅助设计技术，利用三维建模软件可准确、直观展现各种模型，还能构造出各基本体，将其组合或切割，构造出新的组合体。

三维技术在产品设计上具有精准复刻、易于调整等优势，在制作上具有周期短、操作简单等特点。本文以个性化影视手办设计实践为例，探讨三维技术在影视手办设计中的一般方法和可行性，为三维技术应用于影视衍生品制作提供实例参考。

二、影视手办设计的三维技术应用实例

三维技术可以使影视手办突破传统设计方式，几乎完全为数字化流程，设计的一般流程如图1所示。文中以电视剧《尘埃落定》女主角塔娜为形象依据，如图2所示。采用个性化设计方法和综合材料艺术表现，说明三维技术应用于半立体影视手办的一般流程。

图1　三维技术下的影视手办制作一般流程（图片来源：本文作者）

图2　影视手办形象依据（图片来源：网络）

1.人体上身三维扫描

人体上身三维扫描使用3D Systems sense三维扫描仪，扫描过程如图3a所示，经初步剪裁得到着色三维数字模型，如图3b所示。三维扫描过程中注意室内光照射充足，保持被测面光线亮度一致，避免阴影和过度曝光区域，否则难以获取点云数据，三维模型保存为STL格式文件。

图3　三维扫描（图片来源：本文作者）

2.数据处理及模型建立

首先将模型文件导入逆向工程软件Geomagic Studio，然后使用“网格医生”智能查找钉状物、小孔等影响模型质量的部分并删除，再使用“全部填充”工具填充模型孔洞。以上两步并称为平滑处理，如图4a所示。然后进入重新设计环节，使用“剪裁工具”在X轴方向去除模型胸以下部分，Y轴方向上将背部切成竖直平面，模型保存为STL格式文件，如图4b所示。操作时注意使用“薄片剪裁”工具剪裁，裁切处可形成填充平面，另外Y轴方向剪裁需保留人耳以前部分，否则造型缺乏立体感。并且选择按曲率填充，修补基础上可最大限度保持原造型。

图4　数据处理及模型建立（图片来源：本文作者）

3.三维打印

使用极光尔沃Z-603S型FDM 三维打印机，热塑性聚氨酯弹性体橡胶TPU（Thermoplastic polyurethanes）线材作为耗材，TPU具有耐磨、耐油，透明的特点，并且其机械性能、物理性能及弹性良好。

将STL格式三维模型文件导入三维打印机前台控制软件Cura中，将原模型同比缩小至合适比例。模型最大平面设置为与热床的接触面以避免支撑结构， 如图5a所示。通过模型切片处理和打印模拟预览模型打印状态，发现问题并预先调整，最终将主要打印参数设置为：层高0.1mm；外壳0.8mm；填充密度10%；打印速度60mm/s，导出为Gcode格式的打印控制文件，如图5b所示。

三维打印机读取打印控制文件后就可逐层打印，模型内部填充结构和外表面较薄，打印过程中需持续观察，及时清理异常出丝，防止刮带，如图6a所示，打印完成后可最终获得实体模型，如图6b所示。

图5　模型切片处理（图片来源：本文作者）

图6　三维打印（图片来源：本文作者）

4.后期处理

三维打印影视手办的后期处理包括：

（1）补土打磨

FDM三维打印在“层层叠加”成型过程中会产生凹凸表面和台阶纹，这些缺陷通过补土弥补。将原子灰混入硬化剂均匀涂抹于模型表面，并立即清除堆积材料，如图7a所示。原子灰完全干燥硬化后，使用壁纸刀将不平整部分逐一清除，再使用电动打磨器配合不同形状和尺寸打磨头进一步平滑处理，如图7b所示。

（2）上色修饰

首先使用白色自喷漆喷涂模型表面以覆盖原子灰颜色，干燥后使用接近人体肤色的米黄色漆体喷涂如图7c所示，最后选用白色光油喷涂，延长模型使用寿命，待表面漆完全干燥后，使用丙烯颜料上色，如图7d所示。

（3）服饰装饰

首先使用相应的布料、木珠、银饰等依据影视原型制作衬衣、长袖长袍、圆顶皮毛，银管头饰和彩珠项链，再使用502胶水将其按合理位置固定在内径为合适尺寸的胡桃色原木相框中，最终完成半立体影视手办摆件的制作，如图8a和8b所示。

图7　模型后期处理（图片来源：本文作者）

图8　半立体人形影视手办摆件（图片来源：本文作者）

三、三维技术应用的优势

1.工艺过程优势

传统手办先由设计师绘制二维草图，原型师按草图塑造初始模型，再根据手办原型制造模具，最后使用模具灌注液体树脂形成部分模型，打磨涂装后获得成品。模具灌注生产方式每次开模只能生产十到二十个产品，每批次模型间稍有差别，模具损耗达到一定程度将无法继续使用。三维技术下手办只需创建模型、打印生产和适当后期处理，工艺实现简化。三维数字模型可永久保存，方便携带和异地传输且不受批量和批次限制。

2.经济成本优势

传统模具灌注方法以聚胺基甲酸酯（俗称PU树脂）为原材料，价格较高。灌注过程中很难避免气泡，导致模型表面破损，归为残次品，严重浪费材料。三维打印采用PLA等环保材料，可完全避免产生气泡，增材制造几乎不产生废料，支撑结构和打磨中产生的少许废料可进行再利用。三维技术还可实现影视手办制作模块化，如同一角色的不同造型，躯干不变，灵活重组其余部分即可，实现躯干模型的重复利用。

3.设计灵活优势

传统手办设计“线性”过程不可逆，中间环节出现问题，容易前功尽弃。三维技术可打破“线性”流程，打印中出现的问题可随时调整三维模型数据解决，且用时短暂。三维技术使影视手办不再受比例尺寸和材料限制。用传统石膏或黏土材料制作手办母模常出现局部比例不准确或整体尺寸有偏差，三维数字建模可准确输入模型尺寸参数，简单准确；手办尺寸较小，细节刻画难度大，三维建模软件可将模型局部放大，雕刻工具尺寸也可调小，保证细节顺利刻画。

4.个性化定制优势

个性化时代来临，人们不再满足大众产品消费，影视爱好者也更倾向于消费突出个性的作品。但消费者目前几乎无法获得自己从源头参与的影视手办，市面上的DIY手办需购买固定造型的无色模块，消费者可参与的部分只有上色与组装。三维技术环境下，消费者可付费下载或自行创建影视角色三维数字模型，打印成型后进行打磨和涂装。还可对角色原型进行个性化再设计，如将原创元素融入手办造型，全程参与手办设计。影视文化企业可在官网售卖原创作品三维模型，对消费者来说是全新的消费和设计体验，对企业来说是新商机。

四、结语

本文应用三维打印、三维建模和三维扫描技术，实践了影视手办的制作的全流程，实践过程和结果表明三维技术能改善传统手办设计方法，简化影视手办制作工艺，通过节约材料、人力和时间有效提高设计效率。数字化设计方式及能够改进传统手办生产线性流程，使设计不再受材料限制，设计自由度和创新空间有效提升并为实现产品个性化定制提供了可能。

注释：

1.图2来源：网络.

2.图1；图3至图8来源：本文作者.