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 ]

下面继续.........

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

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。


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。






[ 本帖最后由 nt999 于 2008-10-23 17:44 编辑 ]

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。


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。

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。

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。


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。

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。

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。


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。




[ 本帖最后由 nt999 于 2008-10-23 12:48 编辑 ]

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。



同理，投影出船体外围下轮廓线，即下图中的红线

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。

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。


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。


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）

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。

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。





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


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。