三維插畫內(nèi)容規(guī)劃與模型制作技術(shù)手段專長分析

韓鑫隆　郝文勝

摘? 要：隨著三維計算機(jī)圖形技術(shù)與繪畫藝術(shù)的結(jié)合，數(shù)字插畫在原來定義的基礎(chǔ)上新增了一個分類，即使用三維軟件創(chuàng)作的插畫。該類插畫作品在素材積累和創(chuàng)作模式上與傳統(tǒng)手繪類插畫相比具有明顯的區(qū)別，是在藝術(shù)內(nèi)容創(chuàng)作上的新型表現(xiàn)形式，它的出現(xiàn)不僅僅推動了插畫創(chuàng)作的新途徑，也為虛擬現(xiàn)實在藝術(shù)界的應(yīng)用奠定了基礎(chǔ)。

關(guān)鍵詞：插畫設(shè)計;素材積累;建模軟件;三維建模

一、內(nèi)容規(guī)劃與素材積累

（一）規(guī)劃概述

通過對32位藝術(shù)家制作三維插畫過程的研究，總結(jié)了一套制作流程（如圖1），大致可分為五部分，建模、燈光、材質(zhì)、渲染、后期，但是根據(jù)每個人的習(xí)慣不同略有差異，而且動手建模之前的創(chuàng)意來源和規(guī)劃在整個過程中占據(jù)重要的地位，因為在創(chuàng)作手法上跟手繪類的插畫并不一樣。模型的制作需要一定的技術(shù)基礎(chǔ)，需要了解這個物體各個角度的樣子，并且不能只做看得見的一面，甚至需要將整個模型完整地做出來，需要對內(nèi)部或者外部結(jié)構(gòu)都要清楚地展示出來，而且需要合理地布線，避免計算錯誤導(dǎo)致破面，所以一般創(chuàng)作者都會以現(xiàn)有的物體為參照，尤其是結(jié)構(gòu)復(fù)雜的機(jī)械和建筑。另外對貼圖步驟來說也是極為重要的，創(chuàng)作者需要對所有的模型進(jìn)行合理的貼圖，針對復(fù)雜的模型還需要展UV和自定義繪制紋理，然后將這些所有的細(xì)節(jié)呈現(xiàn)在圖像上，相較而言，繪制類插畫則減少了很多部分的操作。繪制類圖像不需要將所有的面呈現(xiàn)出來，只需要表現(xiàn)看得見的一面即可，而且對于不重要的部分可以不表現(xiàn)完整的細(xì)節(jié)，或者直接找照片素材拼貼，這種筆觸會加強(qiáng)作品的藝術(shù)風(fēng)格。例如LEVENTE PETERFFY的作品《BEFORE THEY ARE HANGED》和DAVID EDWARDS的作品《FALLEN BEAUTY》（如圖2）。

（二）實施方法

第一步，尋找素材確定創(chuàng)作內(nèi)容，藝術(shù)創(chuàng)作不存在明確的范式和規(guī)律，但是需要進(jìn)行有意識地長期積累創(chuàng)作內(nèi)容和創(chuàng)作愿望[1]，可能來源于兒時的回憶、或者來自于夢境、或者是對現(xiàn)實社會的批判，也許只是來源于身邊的物件。例如，《IT WAS YOU》的作者TONI BRATINCEVIC曾經(jīng)的住所附近有一棟老建筑，那里的走廊經(jīng)常堆滿垃圾且墻壁破敗，據(jù)作者的創(chuàng)作自述，他喜歡那種因為時間的推移而被丟棄的氛圍，于是他以自己的情緒和現(xiàn)實的走廊為靈感來源對場景進(jìn)行復(fù)刻、重現(xiàn)，以想象的故事為背景進(jìn)行創(chuàng)作，以及作品《CHURCH OF CALATRAVAS》的作者僅僅因為喜歡馬德里ALCATA大街上的教堂，所以將其作為創(chuàng)作主體。

第二步，確定好靈感之后就要考慮如何實現(xiàn)自己的想法，以及以何種方式去實現(xiàn)，包括對主體和周邊環(huán)境的安排和對硬件設(shè)施的考慮。例如，在進(jìn)行個人作品創(chuàng)作時由于多邊形面數(shù)過多導(dǎo)致操作極為卡頓，不得已筆者將從網(wǎng)上購買的大模型分裂成小塊（如圖3），這種考慮對于沒有收入的學(xué)生群體和缺少硬件設(shè)施的院校非常重要。更好的計算機(jī)需要花費更高的成本，能夠運算的面數(shù)和效果相對更好。相較而言，中低配的計算機(jī)無法支持較多的多邊形面數(shù)，會導(dǎo)致效果打折甚至無法達(dá)到預(yù)期的目標(biāo)。平心而論，創(chuàng)作過程中問題會層出不窮，例如《被屏幕支配的直接》在進(jìn)行貼圖階段的時候需要將眾多的顯示器置于統(tǒng)一的貼圖之下，于是筆者采取了兩套措施去解決，分別進(jìn)行連接和連接多邊形對象，結(jié)果各有利弊，使用采用連接生成器的方法時，計算機(jī)由于無法承擔(dān)運算量而崩潰，而另一種方法則會讓對象不容易進(jìn)行單個編輯，所以在進(jìn)行規(guī)劃的時候要考慮到整個畫面的構(gòu)圖分配，在有限的預(yù)算下盡可能實現(xiàn)更好的畫面。

（三）個人作品的內(nèi)容規(guī)劃

在思考插畫設(shè)計的時候，筆者期望能在三維內(nèi)容的基礎(chǔ)上拓寬三維視角，利用虛擬現(xiàn)實技術(shù)的表現(xiàn)效果呈現(xiàn)自己的作品，一方面制作出符合平面繪畫語言的插畫作品，另一方面這些二維插畫作品能夠在統(tǒng)一的虛擬環(huán)境中合理地被呈現(xiàn)。然后，筆者需要尋找一個內(nèi)容去承載整個設(shè)計，在幾天的思考后，筆者以當(dāng)下人們隨時隨地都需要用到的手機(jī)、電腦、電視等為表達(dá)主體，擬定屏幕霸占了人類的生活、社交、學(xué)習(xí)等衣食住行的行為，使用能夠較為貼切表現(xiàn)主題的賽博朋克風(fēng)格為主風(fēng)格。為了能讓觀眾360°地觀看作品，筆者以交叉路口為攝影機(jī)擺放地點，這種地點的好處是可以較為靈活地搭建場景，然后起草了第一幅想要表達(dá)的插畫作品構(gòu)圖（如圖4）。

二、建模軟件和模型制作

（一）常用三維軟件概述

經(jīng)過對168幅三維插畫的分析，被用于制作插畫的主流三維建模軟件有7種，其中3DSMAX和ZBRUSH比較常用于插畫制作，其次是MAYA（如圖5）。應(yīng)用于三維插畫建模較多的三維軟件有3DSMAX、ZBRUSH、MAYA，這三種軟件以多邊形建模為主，支持創(chuàng)建較為復(fù)雜的模型，其中ZBRUSH能夠支持千萬以上的面數(shù)，主要應(yīng)用為雕刻復(fù)雜精致的角色模型。例如新加坡藝術(shù)家MARTHIN AGUSTA的作品《小妖精的書房》，其中的妖精角色和貓頭鷹角色皆是作者使用ZBRUSH來創(chuàng)建的（如圖6）。除此之外還有一部分三維軟件很少應(yīng)用在三維插畫中，例如，CAD、CINEMA 4D、BLENDER、RHINO、SOFTIMAGE XSI（2016年4月30日停止更新[2]）、WINGS 3D、LIGHTWAVE、MUDBOX、MODO、MAVERLOUS DESIGNER等，AUTOCAD、RHINO采用NURBS建模，建模之前需要用精確的圖紙作為參照，常被應(yīng)用于工業(yè)設(shè)計領(lǐng)域，優(yōu)點是模型尺寸精確，缺點是單個模型里無法創(chuàng)建復(fù)雜的模型表面。多邊形建?？梢灾谱骶哂兄本€和圓弧的復(fù)雜模型，通常情況下在EDITION POLY（可編輯多邊形）和SPLINES（樣條線）的基礎(chǔ)上配合修改器創(chuàng)建模型，例如，俄羅斯藝術(shù)家ARSENIY KORABLEV在作品《銹蝕的天空》中制作管道模型時，首先在物體上畫一條樣條線，然后以矩形為橫截面，再使用SWEEP修改器掃描出管道（如圖7），TORSTEN J. POSTOLKA在進(jìn)行樂高越野車的電纜模型的創(chuàng)建（如圖8），以及波蘭藝術(shù)家PAWEL HYNEK在作品《OBSOLETE》中，以一個單獨的長方體為基礎(chǔ)創(chuàng)建機(jī)器人的身體，以圓柱為基礎(chǔ)創(chuàng)建機(jī)器人的胳膊，將它們組合在一起，通過擠壓、裁切等修改器創(chuàng)建機(jī)器人的基本模塊[3]（如圖9）。

在對三維插畫作品的研究中發(fā)現(xiàn)，三維建模既可以使用單一軟件創(chuàng)建，也可以配合其他軟件創(chuàng)建，在樣本總數(shù)中有61%的插畫是使用單一的三維軟件建模，25%的插畫是使用兩種及兩種以上的三維軟件建模（如圖10），例如藝術(shù)家“戰(zhàn)五渣”在數(shù)字插畫作品《夜鶯》的制作時使用了ZBRUSH、MAVERLOUS DESIGNER、3DSMAX、CINEMA 4D分別創(chuàng)建角色的身體、衣服、鞋子和場景[4]（如圖11）。

（二）角色類模型的創(chuàng)建

數(shù)字雕塑的概念最早是在20世紀(jì)末美國雕塑家協(xié)會雙年展上提出的，并且雕塑作品除了在插畫中使用之外還可以使用樹脂等材料，通過快速原型制作機(jī)制作出來[5]。創(chuàng)建角色模型的軟件有ZBRUSH、MUDBOX、MAYA、3DSMAX、CINEMA 4D，其中ZBRUSH和MUDBOX專長多面數(shù)數(shù)字雕塑，可以模擬泥塑的視覺效果雕刻出逼真的細(xì)節(jié)，例如皮膚褶皺、布料褶皺、毛發(fā)、樹干、石頭、維多利亞風(fēng)格的紋樣等，同時可以分別導(dǎo)出低面數(shù)和高面數(shù)的模型，由于其他軟件不能支持千萬級別的面數(shù)，所以通過烘焙貼圖保留模型細(xì)節(jié)，然后導(dǎo)出低面數(shù)的模型再導(dǎo)入到CINEMA 4D等軟件中使用，避免造成計算機(jī)卡頓并且保留模型的細(xì)節(jié)，MAYA、3DSMAX、CINEMA 4D也可以進(jìn)行雕刻建模，但是這些軟件所支持的面數(shù)要少于ZBRUSH、MUDBOX等軟件，所以只能創(chuàng)建卡通類型或者細(xì)節(jié)并不高的角色模型，同時上述軟件內(nèi)置骨骼系統(tǒng)，可以將建好的模型綁定控制器，進(jìn)而控制模型擺出不同的姿勢。

與傳統(tǒng)手繪類人物肖像相似，利用計算機(jī)創(chuàng)建模型仍需要作者在一定程度上掌握解剖學(xué)的專業(yè)知識，尤其是進(jìn)行一比一創(chuàng)建生物模型的作品。通過對建模方式的調(diào)查發(fā)現(xiàn)，根據(jù)角色模型的復(fù)雜程度可將建模方式分為數(shù)字雕塑和多邊形建模兩種方式。創(chuàng)建復(fù)雜的模型時，首先要規(guī)劃模型的大體形狀，使用CINEMA 4D等軟件建立低多邊形模型，確定對象的尺寸、比例、器官數(shù)量、位置等基本信息，然后按照其復(fù)雜程度選擇在此基礎(chǔ)上確定五官的基本位置，然后轉(zhuǎn)為雕刻對象，對其進(jìn)行多邊形細(xì)分，使用拉起、抓取、平滑等工具對對象進(jìn)行雕刻（如圖12）。

相較而言，直接建模創(chuàng)建模型需要先確定參照圖紙，然后將模型分成小部分處理。例如MASSIMO RIGHI在MAYA中創(chuàng)建鱷魚的模型時，首先從鱷魚頭部開始創(chuàng)建低面數(shù)的驅(qū)趕模型，四肢則單獨制作，然后再連接到提前預(yù)留的孔洞位置，使用克隆和扭曲創(chuàng)建牙齒，最后添加細(xì)分及平滑去掉較為鋒利的棱角（如圖13）。

（三）規(guī)律性模型的創(chuàng)建

建筑、電器、交通運輸?shù)认嚓P(guān)模型具有較硬的邊緣，一定情況下表現(xiàn)具有規(guī)律性，相較于角色類模型，該類三維模型具有更精準(zhǔn)的外觀，可以用于量產(chǎn)的模型可通過AUTOCAD和RHINO軟件制作。NUBRS是專門用于曲面物體的造型方法，由于其曲面受到樣條的控制而非多變面組成，所以使用NUBRS創(chuàng)建的曲面比多邊形建模方法創(chuàng)建的曲面更加逼真和嚴(yán)謹(jǐn)，并且NURBS被國際標(biāo)準(zhǔn)化組織于1991年的工業(yè)產(chǎn)品數(shù)據(jù)交換標(biāo)準(zhǔn)STEP中定義為工業(yè)產(chǎn)品幾何形狀的唯一數(shù)學(xué)方法，同時，由于其嚴(yán)謹(jǐn)性和數(shù)學(xué)性，NURBS曲面很難產(chǎn)生較多的變化，常被應(yīng)用于工業(yè)設(shè)計領(lǐng)域，在三維插畫中較少被使用，在168幅作品中僅有2%數(shù)量的作品是NURBS模型，例如HRVOJE RAFAEL使用AUTOCAD制作的《WINGS UP》中的鷗翼跑車（如圖14），ANDRE KUTSCHERAUER使用RHINO制作《SELFILLUMINATION2：THE DARK SIDE OF SUCCESS》里的燈泡人和插座（如圖15）

相較于NUBRS模型，多邊形模型能適應(yīng)更多的領(lǐng)域，多邊形建模在三維插畫領(lǐng)域也被作為主要的建模方式。一方面，相較于NURBS模型，因為多邊形建模支持更復(fù)雜的造型設(shè)計，數(shù)字雕塑也屬于多邊形建模，所以多邊形模型在表現(xiàn)具有規(guī)律性的物體時可以更加靈活，例如《RELIC》里破敗的卡車、《IT WAS YOU》里面的廢墟模型等。另一方面，NURBS模型由于不能展UV的緣故，所以僅僅支持被賦予簡單的材質(zhì)，無法像多邊形模型那樣能夠表現(xiàn)復(fù)雜的質(zhì)感。

（四）組合場景案例分析

根據(jù)調(diào)查發(fā)現(xiàn)，通常情況下，模型可以使用單一軟件創(chuàng)建完成，但是隨著插畫內(nèi)容表現(xiàn)的豐富化和單一軟件的功能局限性，部分情況下藝術(shù)家們會使用2至3個軟件創(chuàng)建模型，而且基本上都是不規(guī)則的數(shù)字雕塑和比較具有規(guī)則性的軟件組合場景，例如人物和衣服等。藝術(shù)家DAVID ARCANUTHURRY的作品《小憩》中的模型，據(jù)作者的過程描述，小人是在ZBRUSH中創(chuàng)建的，人物模型制作好后再回到3DSMAX中制作相關(guān)的配件、服飾和道具，最后再將服飾、道具等導(dǎo)入到ZBRUSH中搭建場景，為接下來的貼圖做準(zhǔn)備（如圖16）。

藝術(shù)家JOSE ALVES DA SILVA在其作品《鼠愛》中建模的過程進(jìn)行了較為詳細(xì)的描述，其中包括動物、人物和建筑。相較于其他三維插畫，其中的模型種類較多且具有代表性，一定程度上可以作為建模流程的經(jīng)典案例。首先作者對其作品設(shè)定了故事背景，第一部分的故事主體是“特工”，作者希望能夠創(chuàng)建一個嚴(yán)肅又滑稽且反英雄的特工形象（如圖17）。作者創(chuàng)建了一個遵循解剖學(xué)的頭部，并在此基礎(chǔ)上嘗試不同的五官比例，然后再3DSMAX中創(chuàng)建身體的大輪廓，以及其上衣、襯衫領(lǐng)、褲子、手鞋等部分，作者將身體的比例調(diào)節(jié)到自己滿意的狀態(tài)，然后將其導(dǎo)入到ZBRUSH中設(shè)置姿態(tài)。第二部分的故事主體是“老鼠”，作者意圖將具有強(qiáng)大繁殖能力的嚙齒動物塑造成訓(xùn)練有素的特工，并且以逃脫人類實驗基地為背景，作者將故事場景安排在研究所之中。作者在3DSMAX中創(chuàng)建了簡單的基本網(wǎng)格，以其作為老鼠、手電筒的代表，并利用3DSMAX中的實時預(yù)覽觀察其光影效果（如圖18）?；静季趾吞毓さ淖藨B(tài)搭建完成后，作者使用ZBRUSH處理角色的面部表情和衣服上的細(xì)節(jié)，為模型平衡松弛和緊繃的美感，并為其設(shè)置了簡單的處理，接著，作者在低多邊形老鼠的基礎(chǔ)上使用ZBRUSH創(chuàng)建毛發(fā)，作者為了避免模型的單調(diào)性，在老鼠模型的基礎(chǔ)上通過旋轉(zhuǎn)、縮放和鏡像等方法創(chuàng)建了5只動態(tài)不一的老鼠模型，然后以此為基礎(chǔ)創(chuàng)建了老鼠群（如圖19）。

三、結(jié)語

根據(jù)研究所得，插畫的制作過程可分為五個基本步驟，包括建模、燈光、材質(zhì)、渲染和后期調(diào)整，其中燈光和材質(zhì)部分可根據(jù)實際操作調(diào)換順序，在前期規(guī)劃時需要對插畫內(nèi)容進(jìn)行預(yù)判，防止多面性面數(shù)過多而導(dǎo)致計算機(jī)卡頓，為主體物尋找參照素材以保證其結(jié)構(gòu)、功能等參數(shù)的合理性。

三維模型從規(guī)則程度上可分為角色類模型、規(guī)律性模型和組合場景，從三維軟件的使用頻率上看ZBRUSH和3DSMAX較多被使用來創(chuàng)建模型，并且創(chuàng)建角色類模型以ZBRUSH為首選軟件，創(chuàng)建規(guī)律性模型和組合場景以3DSMAX為首選軟件。在三維場景搭建過程中通常會將多種軟件組合使用，這需要該類插畫的創(chuàng)作者在一定程度上精通兩種或兩種以上的建模軟件，因此導(dǎo)致該類插畫的創(chuàng)作難度增加。

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[4]【3d輔助繪畫】【繪畫過程】林子里的夜鶯是你家的嗎[EB/OL].[2019-12-16].https：//www.bilibili.com/video/BV1wJ41167N7？from=search&seid=10334898486802737755.

[5]于偉，紀(jì)芳.基于ZBrush的數(shù)字雕塑綜合實驗研究[J].實驗技術(shù)與管理，2015（5）：180-183.

作者簡介：韓鑫隆，青島科技大學(xué)藝術(shù)設(shè)計專業(yè)研究生。

通訊作者：郝文勝，青島科技大學(xué)藝術(shù)學(xué)院副教授。