三维插画内容规划与模型制作技术手段专长分析

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  摘  要:随着三维计算机图形技术与绘画艺术的结合,数字插画在原来定义的基础上新增了一个分类,即使用三维软件创作的插画。该类插画作品在素材积累和创作模式上与传统手绘类插画相比具有明显的区别,是在艺术内容创作上的新型表现形式,它的出现不仅仅推动了插画创作的新途径,也为虚拟现实在艺术界的应用奠定了基础。
  关键词:插画设计;素材积累;建模软件;三维建模
  一、内容规划与素材积累
  (一)规划概述
  通过对32位艺术家制作三维插画过程的研究,总结了一套制作流程(如图1),大致可分为五部分,建模、灯光、材质、渲染、后期,但是根据每个人的习惯不同略有差异,而且动手建模之前的创意来源和规划在整个过程中占据重要的地位,因为在创作手法上跟手绘类的插画并不一样。模型的制作需要一定的技术基础,需要了解这个物体各个角度的样子,并且不能只做看得见的一面,甚至需要将整个模型完整地做出来,需要对内部或者外部结构都要清楚地展示出来,而且需要合理地布线,避免计算错误导致破面,所以一般创作者都会以现有的物体为参照,尤其是结构复杂的机械和建筑。另外对贴图步骤来说也是极为重要的,创作者需要对所有的模型进行合理的贴图,针对复杂的模型还需要展UV和自定义绘制纹理,然后将这些所有的细节呈现在图像上,相较而言,绘制类插画则减少了很多部分的操作。绘制类图像不需要将所有的面呈现出来,只需要表现看得见的一面即可,而且对于不重要的部分可以不表現完整的细节,或者直接找照片素材拼贴,这种笔触会加强作品的艺术风格。例如LEVENTE PETERFFY的作品《BEFORE THEY ARE HANGED》和DAVID EDWARDS的作品《FALLEN BEAUTY》(如图2)。
  (二)实施方法
  第一步,寻找素材确定创作内容,艺术创作不存在明确的范式和规律,但是需要进行有意识地长期积累创作内容和创作愿望[1],可能来源于儿时的回忆、或者来自于梦境、或者是对现实社会的批判,也许只是来源于身边的物件。例如,《IT WAS YOU》的作者TONI BRATINCEVIC曾经的住所附近有一栋老建筑,那里的走廊经常堆满垃圾且墙壁破败,据作者的创作自述,他喜欢那种因为时间的推移而被丢弃的氛围,于是他以自己的情绪和现实的走廊为灵感来源对场景进行复刻、重现,以想象的故事为背景进行创作,以及作品《CHURCH OF CALATRAVAS》的作者仅仅因为喜欢马德里ALCATA大街上的教堂,所以将其作为创作主体。
  第二步,确定好灵感之后就要考虑如何实现自己的想法,以及以何种方式去实现,包括对主体和周边环境的安排和对硬件设施的考虑。例如,在进行个人作品创作时由于多边形面数过多导致操作极为卡顿,不得已笔者将从网上购买的大模型分裂成小块(如图3),这种考虑对于没有收入的学生群体和缺少硬件设施的院校非常重要。更好的计算机需要花费更高的成本,能够运算的面数和效果相对更好。相较而言,中低配的计算机无法支持较多的多边形面数,会导致效果打折甚至无法达到预期的目标。平心而论,创作过程中问题会层出不穷,例如《被屏幕支配的直接》在进行贴图阶段的时候需要将众多的显示器置于统一的贴图之下,于是笔者采取了两套措施去解决,分别进行连接和连接多边形对象,结果各有利弊,使用采用连接生成器的方法时,计算机由于无法承担运算量而崩溃,而另一种方法则会让对象不容易进行单个编辑,所以在进行规划的时候要考虑到整个画面的构图分配,在有限的预算下尽可能实现更好的画面。
  (三)个人作品的内容规划
  在思考插画设计的时候,笔者期望能在三维内容的基础上拓宽三维视角,利用虚拟现实技术的表现效果呈现自己的作品,一方面制作出符合平面绘画语言的插画作品,另一方面这些二维插画作品能够在统一的虚拟环境中合理地被呈现。然后,笔者需要寻找一个内容去承载整个设计,在几天的思考后,笔者以当下人们随时随地都需要用到的手机、电脑、电视等为表达主体,拟定屏幕霸占了人类的生活、社交、学习等衣食住行的行为,使用能够较为贴切表现主题的赛博朋克风格为主风格。为了能让观众360°地观看作品,笔者以交叉路口为摄影机摆放地点,这种地点的好处是可以较为灵活地搭建场景,然后起草了第一幅想要表达的插画作品构图(如图4)。
  二、建模软件和模型制作
  (一)常用三维软件概述
  经过对168幅三维插画的分析,被用于制作插画的主流三维建模软件有7种,其中3DSMAX和ZBRUSH比较常用于插画制作,其次是MAYA(如图5)。应用于三维插画建模较多的三维软件有3DSMAX、ZBRUSH、MAYA,这三种软件以多边形建模为主,支持创建较为复杂的模型,其中ZBRUSH能够支持千万以上的面数,主要应用为雕刻复杂精致的角色模型。例如新加坡艺术家MARTHIN AGUSTA的作品《小妖精的书房》,其中的妖精角色和猫头鹰角色皆是作者使用ZBRUSH来创建的(如图6)。除此之外还有一部分三维软件很少应用在三维插画中,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,建模之前需要用精确的图纸作为参照,常被应用于工业设计领域,优点是模型尺寸精确,缺点是单个模型里无法创建复杂的模型表面。多边形建模可以制作具有直线和圆弧的复杂模型,通常情况下在EDITION POLY(可编辑多边形)和SPLINES(样条线)的基础上配合修改器创建模型,例如,俄罗斯艺术家ARSENIY KORABLEV在作品《锈蚀的天空》中制作管道模型时,首先在物体上画一条样条线,然后以矩形为横截面,再使用SWEEP修改器扫描出管道(如图7),TORSTEN J. POSTOLKA在进行乐高越野车的电缆模型的创建(如图8),以及波兰艺术家PAWEL HYNEK在作品《OBSOLETE》中,以一个单独的长方体为基础创建机器人的身体,以圆柱为基础创建机器人的胳膊,将它们组合在一起,通过挤压、裁切等修改器创建机器人的基本模块[3](如图9)。   在对三维插画作品的研究中发现,三维建模既可以使用单一软件创建,也可以配合其他软件创建,在样本总数中有61%的插画是使用单一的三维软件建模,25%的插画是使用两种及两种以上的三维软件建模(如图10),例如艺术家“战五渣”在数字插画作品《夜莺》的制作时使用了ZBRUSH、MAVERLOUS DESIGNER、3DSMAX、CINEMA 4D分别创建角色的身体、衣服、鞋子和场景[4](如图11)。
  (二)角色类模型的创建
  数字雕塑的概念最早是在20世纪末美国雕塑家协会双年展上提出的,并且雕塑作品除了在插画中使用之外还可以使用树脂等材料,通过快速原型制作机制作出来[5]。创建角色模型的软件有ZBRUSH、MUDBOX、MAYA、3DSMAX、CINEMA 4D,其中ZBRUSH和MUDBOX专长多面数数字雕塑,可以模拟泥塑的视觉效果雕刻出逼真的细节,例如皮肤褶皱、布料褶皱、毛发、树干、石头、维多利亚风格的纹样等,同时可以分别导出低面数和高面数的模型,由于其他软件不能支持千万级别的面数,所以通过烘焙贴图保留模型细节,然后导出低面数的模型再导入到CINEMA 4D等软件中使用,避免造成计算机卡顿并且保留模型的细节,MAYA、3DSMAX、CINEMA 4D也可以进行雕刻建模,但是这些软件所支持的面数要少于ZBRUSH、MUDBOX等软件,所以只能创建卡通类型或者细节并不高的角色模型,同时上述软件内置骨骼系统,可以将建好的模型绑定控制器,进而控制模型摆出不同的姿势。
  与传统手绘类人物肖像相似,利用计算机创建模型仍需要作者在一定程度上掌握解剖学的专业知识,尤其是进行一比一创建生物模型的作品。通过对建模方式的调查发现,根据角色模型的复杂程度可将建模方式分为数字雕塑和多边形建模两种方式。创建复杂的模型时,首先要规划模型的大体形状,使用CINEMA 4D等软件建立低多边形模型,确定对象的尺寸、比例、器官数量、位置等基本信息,然后按照其復杂程度选择在此基础上确定五官的基本位置,然后转为雕刻对象,对其进行多边形细分,使用拉起、抓取、平滑等工具对对象进行雕刻(如图12)。
  相较而言,直接建模创建模型需要先确定参照图纸,然后将模型分成小部分处理。例如MASSIMO RIGHI在MAYA中创建鳄鱼的模型时,首先从鳄鱼头部开始创建低面数的驱赶模型,四肢则单独制作,然后再连接到提前预留的孔洞位置,使用克隆和扭曲创建牙齿,最后添加细分及平滑去掉较为锋利的棱角(如图13)。
  (三)规律性模型的创建
  建筑、电器、交通运输等相关模型具有较硬的边缘,一定情况下表现具有规律性,相较于角色类模型,该类三维模型具有更精准的外观,可以用于量产的模型可通过AUTOCAD和RHINO软件制作。NUBRS是专门用于曲面物体的造型方法,由于其曲面受到样条的控制而非多变面组成,所以使用NUBRS创建的曲面比多边形建模方法创建的曲面更加逼真和严谨,并且NURBS被国际标准化组织于1991年的工业产品数据交换标准STEP中定义为工业产品几何形状的唯一数学方法,同时,由于其严谨性和数学性,NURBS曲面很难产生较多的变化,常被应用于工业设计领域,在三维插画中较少被使用,在168幅作品中仅有2%数量的作品是NURBS模型,例如HRVOJE RAFAEL使用AUTOCAD制作的《WINGS UP》中的鸥翼跑车(如图14),ANDRE KUTSCHERAUER使用RHINO制作《SELFILLUMINATION2:THE DARK SIDE OF SUCCESS》里的灯泡人和插座(如图15)
  相较于NUBRS模型,多边形模型能适应更多的领域,多边形建模在三维插画领域也被作为主要的建模方式。一方面,相较于NURBS模型,因为多边形建模支持更复杂的造型设计,数字雕塑也属于多边形建模,所以多边形模型在表现具有规律性的物体时可以更加灵活,例如《RELIC》里破败的卡车、《IT WAS YOU》里面的废墟模型等。另一方面,NURBS模型由于不能展UV的缘故,所以仅仅支持被赋予简单的材质,无法像多边形模型那样能够表现复杂的质感。
  (四)组合场景案例分析
  根据调查发现,通常情况下,模型可以使用单一软件创建完成,但是随着插画内容表现的丰富化和单一软件的功能局限性,部分情况下艺术家们会使用2至3个软件创建模型,而且基本上都是不规则的数字雕塑和比较具有规则性的软件组合场景,例如人物和衣服等。艺术家DAVID ARCANUTHURRY的作品《小憩》中的模型,据作者的过程描述,小人是在ZBRUSH中创建的,人物模型制作好后再回到3DSMAX中制作相关的配件、服饰和道具,最后再将服饰、道具等导入到ZBRUSH中搭建场景,为接下来的贴图做准备(如图16)。
  艺术家JOSE ALVES DA SILVA在其作品《鼠爱》中建模的过程进行了较为详细的描述,其中包括动物、人物和建筑。相较于其他三维插画,其中的模型种类较多且具有代表性,一定程度上可以作为建模流程的经典案例。首先作者对其作品设定了故事背景,第一部分的故事主体是“特工”,作者希望能够创建一个严肃又滑稽且反英雄的特工形象(如图17)。作者创建了一个遵循解剖学的头部,并在此基础上尝试不同的五官比例,然后再3DSMAX中创建身体的大轮廓,以及其上衣、衬衫领、裤子、手鞋等部分,作者将身体的比例调节到自己满意的状态,然后将其导入到ZBRUSH中设置姿态。第二部分的故事主体是“老鼠”,作者意图将具有强大繁殖能力的啮齿动物塑造成训练有素的特工,并且以逃脱人类实验基地为背景,作者将故事场景安排在研究所之中。作者在3DSMAX中创建了简单的基本网格,以其作为老鼠、手电筒的代表,并利用3DSMAX中的实时预览观察其光影效果(如图18)。基本布局和特工的姿态搭建完成后,作者使用ZBRUSH处理角色的面部表情和衣服上的细节,为模型平衡松弛和紧绷的美感,并为其设置了简单的处理,接着,作者在低多边形老鼠的基础上使用ZBRUSH创建毛发,作者为了避免模型的单调性,在老鼠模型的基础上通过旋转、缩放和镜像等方法创建了5只动态不一的老鼠模型,然后以此为基础创建了老鼠群(如图19)。
  三、结语
  根据研究所得,插画的制作过程可分为五个基本步骤,包括建模、灯光、材质、渲染和后期调整,其中灯光和材质部分可根据实际操作调换顺序,在前期规划时需要对插画内容进行预判,防止多面性面数过多而导致计算机卡顿,为主体物寻找参照素材以保证其结构、功能等参数的合理性。
  三维模型从规则程度上可分为角色类模型、规律性模型和组合场景,从三维软件的使用频率上看ZBRUSH和3DSMAX较多被使用来创建模型,并且创建角色类模型以ZBRUSH为首选软件,创建规律性模型和组合场景以3DSMAX为首选软件。在三维场景搭建过程中通常会将多种软件组合使用,这需要该类插画的创作者在一定程度上精通两种或两种以上的建模软件,因此导致该类插画的创作难度增加。
  参考文献:
  [1]朱风顺,吕景云.论艺术灵感发生的条件及神经生理机制[J].文艺研究,1994(5):42-49.
  [2]Softimage XSI2015版本将是Autodesk公司开发的最后一个版本[EB/OL].[2014-03-08].http://blog.sina.com.cn/s/blog_5f4594230101g4cj.html.
  [3]3dtotal.Com. Digital Art Masters:Volume 2[M].Focal Press,2007:139.
  [4]【3d辅助绘画】【绘画过程】林子里的夜莺是你家的吗[EB/OL].[2019-12-16].https://www.bilibili.com/video/BV1wJ41167N7?from=search&seid=10334898486802737755.
  [5]于伟,纪芳.基于ZBrush的数字雕塑综合实验研究[J].实验技术与管理,2015(5):180-183.
  作者简介:韩鑫隆,青岛科技大学艺术设计专业研究生。
  通讯作者:郝文胜,青岛科技大学艺术学院副教授。
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