四川文化艺术学院 四川 绵阳 621000
【摘要】：如今三维模型应用非常广泛，主要应用于影视、广告、动画、游戏等领域。当角色设计确定以后，接下来就是进行三维模型的制作。利用不同的软件的优势，综合技术方法，完成三维角色的模型制作，本文以Autodesk旗下两款软件MAYA和Mudbox利用两者各自的优势探究三维角色模型制作的方法，解决两个软件在联合制作中遇到的问题和解决办法。
【关键词】：Mudbox雕刻;MAYA材质;矢量置换贴图
MAYA是三维动画制作核心软件之一，它容纳了建模、动画、材质、灯光、渲染、特效等强大模块，而在模型制作模块中又分为曲面模型和多边形模型。本文主要利用MAYA的强大模型和材质体系进行低模制作，再通过Mudbox进行高精度雕刻和材质绘制，为制作基于行业为标准的高精度模型，比如游戏就会根据不同情况限定人物模型的面片在800-5000个面片不等，要制作出精细的模型，在限定的面片范围类是很难做到的，由此需要利用雕刻软件中输出置换贴图来讲低模进行细节的添加。如今MAYA2016与Mudbox2016中有文件互通的导出和输入接口，在制作完成低模以后，我们可以将文件发送到Mudbox进行细分雕刻以及材质编辑，同时也可以通过Mudbox输出置换贴图和材质贴图到MAYA中来进行灯光渲染的操作，为制作低模高精度模型制作带来了便利性。在制作中以个人作品《水怪头像》进行案例讲解，本文力图解决应用过程中所遇到的难点，通过技术将整个流程进行整合。
1. 在MAYA中进行低模和UV的制作
如今MAYA2016以及Mudbox2016以及提供了基础模型库，我们可以直接调用基础模型，再进行编辑。而针对不规则模型，我们可以自己制作基础的模型，MAYA建模形式有三种类型，分别是曲面建模、多边形建模、细分建模。而做复杂模型又为了避免过多的面片，因而选用多边形建模更具优势。在建模过程中主要遵循有简到繁的过程，所用到的命令主要是挤出、添加环形边、交互式添加边、删除点和边等命令，逐步将每一个点控制的更精准，逐步细化出眼眶、嘴边、鼻子和耳朵。在基础的模型制作完以后就需要进入到UV编辑器进行模型UV的处理，在Mudbox中是很难对模型进行UV编辑的，所以这一步需要再MAYA中完成，分好UV是做材质的重要一环，UV点的分布应该遵循平均分布，不要出现过大的拉伸现象，这样充分利用贴图的像素布局。
2. MAYA到Mudbox中的场景转换
当MAYA中的低模和UV的做好了以后，我们可以选择“file”—“send to mudbox”，同时Mudbox自动加载MAYA中的场景，在使用过程中我们在Mudbox中编辑场景过程中还可以使用“send to MAYA”命令对场景编辑的模型、材质同时发送到MAYA中再进行处理，或者使用软件右下角的“update”进行互相的更新。当然介于Mudbox2010以后的版本，对电脑硬件要求提高以后，部分电脑是无法进行运行的，因此在使用低版本软件，就需要导出.obj或者.FBX格式进行场景的软件转换。
3. Mudbox中的制作
3.1细节雕刻，雕刻层的使用
进入到Mudbox软件，我们可以利用多种雕刻工具如：Sculpt、Smooth、Grab等进行大形和细节刻画，软件工具很直观、操作也比较便利。在刻画细节过程中还可以使用Freeze、Mask等进行区域蒙版的调整，可控性也比较高。针对笔刷的控制，软件中的雕刻工具可以使用Stamp、Stencil进行细节和不规则笔刷设置，为制作复杂模型提供了便捷。当进入到更细节雕刻的时候，我们需要使用高精度模型，这时候软件为我们提供了雕刻层的使用。雕刻层的使用需要遵循模型细分由低逐步往高精度进行调整，在雕刻时可以新建多个雕刻层，但是雕刻层在低模的状态新建的层是不能在高精度下面再编辑的，因此为了可编辑需要回到低模级别状态。雕刻层可以进行强度设置，雕刻层的使用为后期输出任何一种精度模型提供了便利，同时为低模使用法线贴图提供了方便。
3.2 Mudbox材质的绘制
在材质绘制过程中，我们选择Paint Brush、Blur、Dray Brush等绘图工具，同时针对细节和不同材质纹理，同样可以使用Stamp和Stencil的方式来绘制更多细节，甚至导入自定义素材来创作，为艺术家提供了更广阔的方式。在绘制材质的时候，我们可以将不同的素材绘制在不同的绘制层，也可以绘制不同的材质通道，在新建图层时，可以方便的选择到diffuse、specular、gloss等图层，同时每一个图层我们可以和绘图软件结合，比如说Photoshop，只需要选择图层以后点击右键选择“Export Channel to PSD”,图层编辑完毕以后再刷新或者导入就可以再预览。材质层的使用为我们的材质创作提供了便利，也是Mudbox雕刻软件的另一大优势所在。
3.3低模的输出以及（Normal map）法线贴图的输出
首先我们可以导出任何一个细分层级的模型，模型的导出应该根据实际项目要求进行，导出低模的时候直接可以选用软件中的“作为一个新场景发送到MAYA ”针对高精度模型的制作，纹理的导出至关重要，在Mudbox2016提供了材质、Occlusion、Vector Displacement、Displacement还有Normal的导出。法线贴图在目前CG游戏中应用相对广泛，它是一种凹凸贴图的控制，在实际应用中可以将在模型多边形数量不发生变化的情况下，通过面片的法线角度来配合灯光渲染出不同的色彩变化，使得平面的物体，在渲染出的效果出现凹凸的立体的效果，在游戏行业中也是为了表现场景和人物更多细节的一种贴图方法。当然，法线贴图也会有缺点，因为本身不是改变模型的形状而是改变光照的结果，在摄像机特定的视角，凹凸贴图的突出部分会出现无法完全遮挡住后面部分的物体，也就是会出现穿透的感觉，所以在运用中常常使用在场景或者摄像机角度不是很平行，或者遮挡不明显的物体上。在导出材质中我们可以分别得到在绘制材质层中的各项图层，也可以直接导出到MAYA得到自动链接的工程文件，在使用Mudbox导出法线贴图的时候，需要选择到Source Models以及Target Models的分段级别，也就是将较为源效果的凹凸信息导出为贴图形式，应用目标模型上，根据实际要求来设置图片尺寸以及纹理色彩通道等信息。
3.4置换贴图与矢量置换贴图的对比
除了传统的（Normal map）法线贴图和（displacement map）置换贴图,,Mudbox还新增了Vector Displacement map（矢量置换贴图）的导出，传统的法线贴图是不改变模型的形状，而置换贴图是正真意义上的改变模型形状，置换贴图生成灰度的图像，利用黑白的强弱变化来决定模型的形状是否凹凸，它的变形方式是沿者物体表面的垂直方向进行判定。但是置换贴图也是有缺点的，它在表现例如“蘑菇”的伞状的时候，其只能表现出蘑菇的顶部，而蘑菇底部是无法获取准确的模型信息的，如今的矢量置换贴图是使用RGB颜色贴图，记录的是三维空间信息来对模型的表面进行位移，矢量置换贴图呈现出的效果与模型可以做到更加吻合，当然并不是所有的渲染引擎都是支持矢量置换贴图的。在使用Mudbox导出的时候，我们应该事先确定渲染引擎是否支持相应贴图，另外从计算时间来讲法线贴图是最快捷的。
4. MAYA的材质渲染
在最后的渲染中我们可以在Mudbox中完成,也可以导出FBX到其它三维软件进行再制作。在三维角色制作中，也可以在获取到低模和高精度的矢量置换贴图和材质贴图以后，到MAYA中进行角色的最后输出渲染，这样才能获得更多的灯光和材质设置。通常通过Mudbox的发送到MAYA场景时，模型自带材质球以及模型和材质链接，也就方便了后期渲染。
4.1置换材质贴图制作
在这里手动创建一个Lambert材质球，进入到Lambert3SG窗口，对着色组中的置换材质创建置换节点，再链接File节点导入通过Mudbox导出的置换材质。在使用参数设置中对物体中的pPlaneShape进行置换贴图的采样设置，这会决定材质呈现出来的精度，再对file链接中的颜色平衡进行矫正，Alpha通常设置为亮度，Alpha的增益决定了模型凹凸的强度值。
4.2材质球和灯光设置
利用Mentray的HDR环境照明，我们可以渲染出相对真实环境下的模型。除了传统的lambert材质，我们可以选用MR中的皮肤材质Misss_fast_skin_maya材质，我们通过设置漫反色来设置模型材质表现，还有环境光的影响来控制颜色的变化，其次通过次表面散射的三个参数分别设置光线通过不同透明物体所产生的散射效果，可以做到传统材质实现不了的物体内部散射效果。最后进行分层渲染，对OCC层、漫反射、高光层等进行导出合成。
5.结语
制作高精度角色模型是游戏以及动画生产过程中的重要步骤，怎样利用多种工具快速高效高质量的完成任务，让我们在实际工作中不断去探索和总结。Mudbox与MAYA的搭配，对于制作设计师想要的角色模型提供了一个新的解决方案。
参考文献：
[1] Pixologic user guide Vector Displacement Maps [OL]. Pixologic.com 2017（6）
[3]刘斌,《中国动画产业政策及创新研究》中国传媒大学出版社[M].2016（6）
作者简介：张杰 男 汉族 四川资阳人 四川文化艺术学院任教
论文作者:张杰
论文发表刊物:《文化研究》2017年3月
论文发表时间:2017/7/6
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