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标题: 飞空艇埃尔赛尤号建模和渲染教程 [打印本页]

作者: nt999 时间: 2008-10-10 23:41
标题: 飞空艇埃尔赛尤号建模和渲染教程
之前曾经想着边发边改的，结果发现发了后改不了，于是只好写完后再贴一次了。
建模部分

概况

工业产品设计是一项复杂的活动，在设计前应明确一些问题：你的设计目的。是练习好玩，参加比赛，还是实际项目？你的设计重点？是结构，还是外形？论计重点，改良还是原创？所允许的设计时间等等。这些都是一项设计开始前应充分想好的。设计是无止境的，在你所允许的时间内达到所要达到的目的就行了。

这个作品采用rhino建模。下面所介绍的方法也同样适用于其它nurbs建模软件。实际上我之前就打算用solidwork来完成这个作品，只是同样由于时间关系而采用rhino来加快建模速度。由于模型比较简单，因些这部我就将讲得比较简略些。

建模前准备工作

采用nurbs建模的最重要的工作之一就是确定之建模物体的比例，整体尺寸，结构，曲面划分，建模步骤等。一旦这些工作都作到位了，建模过程还是很快的。
与多边形建模比起来，nurbs建模的整体修改还是要麻烦些，因此，在开始建模前弄清所建物体的结构和比例是比较有必要的。
对于这个作品，我先在纸上大致画了一下草图和局部细节图。（由于本人桌面文档向来极度混乱，这部分手稿已经难已找到，加上本人手绘极差，这里就不放出来丢人了。）
接着用c4d快速地搭了个粗模，以便进一步确认飞船的比例和结构。这部分工作大概花了我30分钟的时间。

[ 本帖最后由 xinger 于 2008-10-23 17:27 编辑 ]

作者: nt999 时间: 2008-10-22 20:02
标题: 飞空艇埃尔赛尤号建模和渲染教程
下面继续.........

[ 本帖最后由 xinger 于 2008-10-23 17:26 编辑 ]

作者: nt999 时间: 2008-10-23 10:49

接着用卡通渲染模式，输出三视图线框图，作为后面建模的参考。
[attach]819410[/attach]
[attach]819411[/attach]
基础大曲面建模

这个飞船曲面比较简单，从之前的简模中可以把飞船大致分成船体、舰桥、船翼、船艏和船尾四大部分。其于各部分基本上可以都是在这些基础曲面上派生修改。
[attach]819412[/attach]

[ 本帖最后由 nt999 于 2008-10-23 17:44 编辑 ]

作者: nt999 时间: 2008-10-23 11:18
对于这些基础曲面，要求其尽量平滑，而且要求建模方法尽量简单，尽量使曲面易于修改。因为当基础曲面建完后还要经常进行修改。下面以船体为例，说明这个建模过程。
船体为一曲面。在实际船体设计中，采用对一系列截面线放样所得。这里也采用同样的方法。建模的关键就在于截面线的建立。
布线，分别从参考三视图上描出船体主视图和俯视图上的轮廓线，即图中蓝色的下面两条线。

[attach]819426[/attach]
绘制截面线。打开捕捉功能，使截面线起点和终点外于轮廓线上。每个载面线由5个控制点控制，首尾两个控制点应该对x,或y方向上对齐，这样保证曲线在首尾处的斜率垂直或平行于镜像面，保证生成的曲面镜像后的质量。
此时粗调后得到的第一龙骨线如下。
[attach]819425[/attach]
在绘制过程中可以使用曲率梳工具，保证曲率的平滑。比如在上图中，从左视图去看，感觉曲线调得差不多，应该没什么问题了，但是我们打开曲率图后将会看到如下的结果。

[attach]819427[/attach]

作者: nt999 时间: 2008-10-23 12:14
从曲率图中易见，其在中间控制点处的曲率不是很好，如果对曲面要求更高的话，那还应要再稍微调一下。调好后曲线曲率如下图所示。

[attach]819448[/attach]
这时曲线大至上就是3阶连续了，由此生成的曲面质量会更好一些。
同理，在轮廓线首尾及有轮廓有变化的转折点处作出一系列截面线。如下图中的黄色曲线所示。
[attach]819449[/attach]
截面线搭好后就可以进行曲面构建。对曲线放样，生成曲面，如下图所示。

[attach]819450[/attach]

作者: nt999 时间: 2008-10-23 12:18
[attach]819468[/attach]
曲面表面上看是看不出太多问题的，我们分别对其进行高斯曲率分析与斑马纹分析，得到结果如下图所示。

[attach]819451[/attach]
从高斯曲率图中易看到，船艏底部处的曲率变化较一般区域大，从斑马纹图中也可以看到，船艏底部的反射条纹走向也发生了改变。可见，曲面在船艏处的质量还是存在问题的。造成这个问题的原因在于我偷了一下懒，船艏处的几条曲线都没有打开曲率图去细调。不过由于在渲染中这部分曲面处于不可见位置，我也就没再地去调了
最后对这个曲面镜像，得到船体的基础曲面。这时就可以判断一下比例，形状，如有不满意，应立即修改，直至满意。修改完后就可以进行到细节建模了。
细节建模当基础曲面搭建完后，就可以进行细节建模了。这时极度强调一下在所有基础曲面建完前，不要轻易进行细节建模。否则一旦出现问题，返工修改是相当令人郁闷的。
细节建模的质量取决于你所搭的基础曲面的质量，以及你所耗的时间。说白了细节就是靠时间去堆的。
细节建模主要用到的操作有边线，曲面提取，投影，offset,修剪，布尔，倒角，倒圆，陈列，构面，补面等。这些操作基本上每个软件都会提供的。下面也以船体外围为例为例，说明细节建模的过程。
在前视图中，绘制外围轮廓x-z投影面上变化曲线。既下图中的黄线。
[attach]819452[/attach]

[ 本帖最后由 nt999 于 2008-10-23 12:48 编辑 ]

作者: nt999 时间: 2008-10-23 12:52
将刚才所绘制的曲线投影到以前绘制的船体x-y投影面轮廓线上（关于这个操作在rhino和其它软件中的正式叫法，我已经忘了，就是对那个那两平面曲线合成一个三维曲线的命令。），得到船体外围的上轮廓线。即下图中的红线。
[attach]819469[/attach]

同理，投影出船体外围下轮廓线，即下图中的红线
[attach]819470[/attach]
接着打开捕捉，在这两条线上绘制出一系列截面线。如下图黄线所示。

[attach]819471[/attach]

作者: nt999 时间: 2008-10-23 12:55
最后以上下两条轮廓曲线为路径控制曲线，对以上截面线进行放样即可得到下图所示的船体外围轮廓线。

[attach]819472[/attach]
对于其它细节，我也是广泛采用了扫描或放样的方法。除此之外，offset,混合等曲面操作也用得很多，如下图中的舰桥细节曲面即是offset的典型例子。其操作思路大至如下：在正视图上绘制曲线，投影到舰桥曲面上，用投影线分割舰桥曲面，接着offset，混合两曲面。这些操作比较基本，这里就不一一截图了。

[attach]819473[/attach]
小结以下为个人意见：磨刀不误砍柴工。建模前多想，弄清结构、比例、建模思路。重视基础曲线曲面搭建，多用分析工具。在基础曲面修改至满意后才开始细节建模。细节建模注意所需的时间与所要达到的效果。一些不重要的地方可以用贴图来代替。（好吧，以上这句无视之，已经穿越到cg建模中去了）

作者: nt999 时间: 2008-10-23 12:58
渲染部分
版上许多朋友对渲染不太了解，下面这部分我就来和大家探讨一下渲染中常用的方法和技巧。
概况
作品渲染使用的软件为c4d。相信版上的朋友对这个软件都或多或少听过。本人就是从这个论坛上了解到这个软件的。尽管使用的是c4d，但下面要介绍的方法和技巧对大部分软件都适用。
前期工作
前期工作主要为模型导出。把模型从rhino的3dm格式转成obj格式。如果是在本软件里渲染，这步可以省掉。在开始渲染之前，最好先整理些细节。一些看不到的细节，可以先隐藏或隐含掉，以加快渲染速度。如果导进c4d，一般都会有许多多余的点和面，这时可以点击右键，选面块优化，把多余的点和面去掉，这样可以加快以后的渲染速度。

构图
构图是作品表现的最重要的一步。其直接体现作者的表明意图。一个作品，哪怕其建模再好，细节再出色，材质贴图再漂亮，如果构图不好，那也可能会缺乏表现力。
构图主要指视角，作品的pose和位置,光线环境，这些整体因素。版上一些朋友的效果图表现力不够，其部分原因就是没有注意视角，以及物作的pose和位置。调节视角，pose和位置，这在工程软件中是不太方便，但相信花上一些时间调整，将会使你的作品大大增色。
对于工业设计产品，其每一副效果图都应有它明确的目的与表现点，在渲染之前一定要明白这点，其它工作都是围绕这个表现目的服务的。下面以为整体效果图为例，说明一下构图的过程与技巧。

作者: nt999 时间: 2008-10-23 13:11
1、
表现目的

这经图主要用来表现出飞船的整体概况，并要体现其高速，大气，给人一种冲击力
2、
位置和pose和视角

位置这里主要是指和所表明的物体在图中的位置，以及大小。这个位置应当根据黄金分割的原则来调节，把表现的重点，能吸引人的地方摆到分割点上去。除了位置，物体的占图面的大小也要调一下。如果物体占的图幅太多或太小都不合适。太大则使图面拥挤，不协调。太小则会使一些细节无法表现。对于工业设计表现图，一般物体占图面70－80%左右就差不多了。这样的构图会比较有张力。

最终的效果图如下图所示，是飞船急速回旋的场景。飞船占图的大小为80%左右，船的纵线与垂直轴线就落在图形的黄金分割点上，布图较稳而有张力。

[attach]819477[/attach]

Pose和视角这两个是要一起调的。对现一个pose,从不同的角度去看会得到不同的效果。如果稍不注意就会得到很囧的结果。一般来讲，人是用双眼去看东西，得到的都不会是正视的投影图。因此要布图时要注意尽量避免有大平面完全跟摄像机平行，这样得出来的结果会不太自然。一般来讲，摄像机与物体轴线的夹角在45号左右时会比较自然，小于30度或大于60度时就会开始变得不太自然。当然，有时也会利用这些特殊视角来表现一些特殊效果。
在调这参数时，先不用急着打灯与贴材质。这些位置与角度往往要多次调节才能得到满意的结果。不打灯和贴材质有利于缩短调节时间。下图则为调节好时的状态。
由于效果图中的文件摄像机位置已经调整过，现在就只是大致调到附近的位置。下图大致调好后的pose和角度
[attach]819478[/attach]

这是个30度左右的视角，飞船略有倾斜，这个角度可以很好表现好展现船艏，船身，舰桥，船翼等主要结构。

作者: nt999 时间: 2008-10-23 13:23
1、
光线

光线是渲染中极为重要的一环，其设置好坏直接影响到作品质量。
对于工业产品设计，灯光要求还是比较高的。
但一般来讲，如果不是有特殊材质，如高亮金属，玻璃等要表现，常规的三光光源就可以很好地表现出产品的层次感。灯打得太多调起来也比较麻烦。
作品中的其布光如下，
[attach]819483[/attach]

主光与摄像机同向，并有一个角度，保证摄像机能获得一个自然，光线充足的视场。辅光的强度比主光要弱一些，与主光约成140度的夹角，用来补充照亮侧面，使明暗过度圆滑自然些。避免出面边线过于生硬。补光则放在后面，用来补照主光与辅光都无法照到的地方，避免出现过暗的情况。
其所得的效果如下图所示。其中物体的层次感比黙认的单光源灯光效果要好一些了。

[attach]819484[/attach]
1、
环境

对工业产品设计而言，环境主要就是天空与地面了。对于小物体，通常会把它放到地面上去渲染。一些朋友常常喜欢把地板的反射值设得很高，这不太符合实际。一般来讲地板都会有比较强的漫反射，地板产生的像会比较暗而模糊些。这些都应当多去实际中观察。

对于大物体，则常放在天空去渲染。这个没什么好说的，找张背景图导进去就行了。唯一要注意的就是你这个天空背景图要与图中物体色采协调，与光线明度协调。假如你的场景是一个明调的布光，你再插一幅暗调的天空背景进去，这会变得相当的突兀。这点可以从下面的两个图中看出
[attach]819485[/attach]

[attach]819486[/attach]

后一个图中物体与背景光线明暗相差太大，造成物体过于刺眼，看起来就不太舒服了。

作者: nt999 时间: 2008-10-23 13:28
材质贴图
材质贴图同样也是为表现目的服务的。有时候根据需要会把材质调得与实际情况尽量相似以达到真实相片效果，有时则要特地调得夸张些，用以表现一些特殊效果。
下面以飞船的材质贴图为例讲一下如何调材质，以及制作贴图。
材质的主要参数有颜色，高光，漫射，反射，以及凹凸(bump)等。当然，这些参数各主流的工程软件都可以提供修改。但，这跟c4d这些专门的cg类软件比起来调节还是会麻烦一些。对于工程类软件，在布光正确的条件下，使用自带的材质库里的材质也可以达到较好的效果。像solidworks,其自带的材质库还是很丰富的。
一个物体的颜色，是由许多方面构成的，如固有色，环境色，反射色，发光色等。比如最常见的银，其反射很强，平时看到的银白色，其实是反射色，其固有色是黑色。
这些色彩产生参数在c4d中以通道的方式来组织管理。一般每个通道中都会有颜色，强度这两个参数。颜色表示这个通道所产生的颜色，它可以是纯色，可以设为一张贴图。强度表示这个颜色在最后渲染后物体的颜色组成中的比例。最终所获得的颜色则是各个通道叠加后的颜色。

[attach]819488[/attach]
上图为在颜色通道中取同一颜色，取不同的强度时，在同一灯光下所得到的结果。从图中可以看出，其所强度越小，颜色通道所能造成的影响也就越小。当强度变为40%时，光照产生的明暗灰度已经开始变成主导了。

以上就是每个点颜色产生的原理。但给我们材质感的是各个点的颜色分布情况，或者说是颜色变化情况。比如说一个纯白的区域是没有太强材质感的。纯色在实际中是不存在的。拿一张白纸来说，它会因会发生漫反射，使得各点上的明暗程度会略有不同。而曲面，金属，玻璃等则是主要由颜色的变化来体现。
在c4d中这些变化主要由漫射、凹凸(bump)、高光三个通道来体现。
漫射常用来模拟物体表面的漫反射。加了后会使物体变得
凹凸用来表现物体表面上的凹凸变化。经常在这个通道里加入一个噪音帖图，来表现物体表面细小的起伏。或加规则贴图，用来表现一些如刻面，浮雕等线细。用得适当的话可以代替部分细节建模。凹凸贴图在这个作品中广泛使用，飞船身上的刻线，以及船艏、舰桥上的浮雕均是用凹凸贴图作的，用来节约建模时间。
高光通道是直接影响物体表面明暗分布的关键，也是一个材质是否真实的关键。下面几个图展示了不同参数所对应的不同效果。

[attach]819489[/attach]

左上角为默认的高光分布，其宽度较小，高度也较小，产生的高光区域小而暗。右上角上明亮塑料这类型材质的高光分布。其宽度较宽，高度也较高，产生一个明亮而宽广的高光区。下方的则为所示金属类材质的高光分布。其特点是高度很大，一般在100%以上，宽度较小，并且迅速衰减。其产生一个小而刺眼的高光区。

作者: nt999 时间: 2008-10-23 13:35
讲了这么多原理，下面我就以为舰桥为例，讲一下实际中材质的制作。
一般在调材调之前，都要把把灯光和环境大至调好。
船身想要的是一种明亮的油漆色效果。其上没有反射（偷懒了），上面有一些颜色图案，以及一些凹线及浮雕。因此这里用颜色通道，高光通道以及凹凸通道来实现这个材质。
先调高光，
[attach]819490[/attach]
[attach]819491[/attach]

接着绘制颜色帖图

[attach]819492[/attach]

贴图绘制是在c4d中的bodypaint中完成的，其操作比较复杂，这里就不详细讲解了，有兴趣的朋友可以与我联系交流一下。其主要设计的是一个贴图展开的问题。贴图展开好后（图中红色部分）就可以在其上进行绘图了。
加了颜色通道后的效果如下。

[attach]819493[/attach]

作者: nt999 时间: 2008-10-23 13:40
接着是凹凸贴图
这个贴图与是在bodypaint中完成的，它其实是颜色贴图的一部分，实际绘制中是也一起绘制的。加入后效果如下。可见，凹线的效果出来了。

[attach]819494[/attach]

接着用另外一个材质制作侧边条纹
关于这类型质的做法，在我另一篇教程里有详解，这里就不多说了。得到的效果如下。
[attach]819495[/attach]
最后用同样的方法，在顶部再做个图案。

[attach]819496[/attach]

贴图的原理本身并不复杂，难点在于贴图的设计与绘制，但这里不是本文所讨论的内容。如有时间与需要，我会抽空写一下关于在c4d中绘制贴图的教程。

作者: nt999 时间: 2008-10-23 13:45
特殊效果&后期处理

实际上有一些东西是靠渲染很难或者无法做到的，这时我们就需要进行一些特殊处理，以及后期处理。这里主要用粒子系统作了个飞行尾烟轨迹效果，并加了动态模糊效果来境加动感。en，不过由于时间关系这部分内容暂时没写，有时间的话我再补上。

小结
明确每幅图的表现目的，细心构图，仔细观察，耐心调整。

总结
实际工作中的产品设计应该都还会比这个作品复杂得多。但我想这上面所提的一些方法应该还是比较适用的。工业产品设计是个比较复杂的过程，设计者应当时刻明确自已的目的，做好充份的构思与准备，那做起来就会事半功倍了。

致谢和后记

首先感谢icax提供了这么好的一个机会，让我有机会和动力完成这个一直想做而没去做的模型。在这个比赛中我结识了很多朋友，特别是sturecorlt好友，与其一起探讨设计是一件相当令人愉快的事情。别外还要感谢各位版主，允许我在规定的时间内后提交教程。希望icax能继续举办这样的大型比赛，并且越办越好。

Ps 由于本人才疏学浅的，有疏漏误导之处，还请各位朋友多多原谅。

作者: ccwxy 时间: 2008-10-24 15:54

好，实在是好！

作者: nt999 时间: 2008-10-30 12:17

原帖由 sturecorlt 于 2008-10-24 08:38 发表
BP实在是个太强大的工具，以后多用用可以节省大量大量的时间啊。

顺便问一下LZ的BP图纹是否用的新建材质和BUMP联系起来的，还是直接绘制到的BUMP通道中。

是直接绘制的

作者: gocket 时间: 2008-11-15 16:43
太厉害了,受益非浅~

作者: 345911708 时间: 2012-6-15 15:08
好，好，好，好

作者: louis8324823 时间: 2013-5-27 09:32
謝謝分享!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!

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