硬表面建模技巧与思路Recommanded by editor
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硬表面建模的基本原则、布线技巧与整体建模思路

2019年底我做了一个头盔模型的练习,外形像一个防毒面罩,没想到后来意外的很应景。这个模型我是参照着国外的一个硬表面建模作品做的。



趁着这个漫长的假期,我整理了一些硬表面建模的原理原则,和制作技巧,分享给大家,最后再说一下类似这样比较复杂的模型,一个制作的思路和流程。

这些建模技巧大多是源自《建模宝典》上的,我整理出了里面的一些关键和核心的内容,也比较推荐大家看看建模宝典这个教程,对于建模布线很有帮助。


虽然现在出了体积建模,以及拓扑插件,这些非常轻松简单的新一代建模方案,但其实很多时候还是需要自己去手动布线,这些布线的原则和技巧还是很重要的



一切复杂的模型都是从最基础的东西开始的,不积跬步无以至千里。

接下来我们先从最基础的布线原理、原则开始,然后讲解一些多边形布线的技巧,最后再回到我们硬表面建模的案例,掌握制作复杂模型时应该如何下手,学习制作的思路以及建模流程。



一.布线原则


1.曲率原理

点的位置和点之间的距离决定了曲率,点离的越近则结构越硬

 

这是使用样条绘制出的一个图形,样条的模式为B样条,你会看到,五个关键的点,构成了这个图形。

 

 

接下来,我们使用多边形来进行绘制,并将多边形的五个点放在与B样条的五个顶点同样的位置上,最后添加细分曲面

 

这个时候你会发现,使用多边形加细分曲面得到的图形,与使用样条绘制的图形的曲率几乎是一样的。

 

所以,利用细分曲面进行建模,其实与绘制样条的原理是类似的。编辑多边形的点线面,其实就跟我们在C4D中绘制样条,或者在PS中拿钢笔画线的道理是一样的。一样是先绘制出结构上关键的点,最后通过这些点得到平滑的曲面。

 

 

上面的图形非常的平滑,那如果我想得到一个比较硬的结构该如何做呢?

 

其实跟B样条模式下的样条制作方法是一样的,我们可以在要做硬的点旁边添加一两个离它很近的点,这时候结构就变硬了。

 

下图是多边形结合细分曲面的结果,同样,我在要做硬的点边上添加了两个距离很近的点,得到的结果是一样的。

所以,利用细分曲面进行建模时,点离的越近,则结构越硬

 

2.四边面原

多边形建模的一个重要原则就是,尽量保证所有面都是四边面,避免三角面和N-gon面(超过四条边的多边形)


原因很简单,细分曲面它比较喜欢四边面,而不太喜欢三角面和N-gon面,当多边形上存在三角面和N-gon面时,添加细分曲面后可能会得到一个非常糟糕的结果

 

 

3. 极点

先说一下极点的概念。

所谓极点,就是在多边形网格中,一个点连接了四条以上的边,那么这个点就叫做极点。

如下图,左边的网格是一个比较理想的状态,线条的走向像棋盘网格一样很舒服,每个点往外延伸了四根线。

而右边的网格中则出现了一个极点,它往外延伸了五根线。所以我们把它叫做一个极点。


 

极点容易破坏线的走向,使模型表面变得不平滑,所以在建模过程中要尽量少的出现极点。


但要知道的是,极点的出现很多时候是无法避免的,所以,要尽量把极点藏在不重要的线上(非结构线),或平坦的面上。

 

 

 

 

如图所示,这个模型的极点刚好在中间的折痕线上,导致模型的中间出现了一个很难看的坑洼。


 

 

再来看这个结果,同样是有一个极点,但是它并不在中间重要的折痕线上,最后模型的表面就很光滑。

 

  

二.布线技巧


1.循环边

循环边是建模中非常重要的一个概念,它控制了模型的布线走向。


那什么是循环边呢,很简单,像这样在C4D中借助循环旋转工具,能够循环选择到的,就叫循环边,或者叫循环面。


或者可以在线的模式下,使用移动工具,选中一根线,然后双击,就可以选中一组循环线

 

那么循环边有什么作用呢?

借助循环边我们可以很方便的给结构添加细节,把结构做硬。

 

下面演示一下,我们可以借助循环切刀工具,在循环边的两侧再快速切出两根循环线来(这样的操作我们一般称之为卡线)。

 

 

根据我们前面所说的曲率原理,线离的越近,则结构越硬。借助卡出来的这两根切线,这里的循环边结构就变硬了。

(增加循环切线前)


 

(增加循环切线后)

 

那么,判断出循环边的依据,或者说原理是什么呢?

其实这个原理也跟前面说的四边面原则有关,也是为什么要使用四边面的原因之一。


这个原理我们可以把它叫做找对边原则,对于一个四边形来说,每一条边都有一条唯一确定的与之相对的边。

 

而三角面和N-gon面则没有这个特性,我们无法确定它的对边。


 

首先找到四边面上一条边的对边,顺着这个边到下一个四边面,再去找下一个对边,这样一直找下去,直到结束为止。这样就形成了一组循环边。


所以在布线时,我们可以根据这个原理,控制好循环边的走向。模型上的重要结构,需要做硬的线,都要尽量做成循环边

 

下面再举个例子

 

比如这个模型,顶部的面是一个整体的结构,它应该形成一个循环面。但是使用循环选择工具后,却并不能让它按我们希望的走向进行选择。


这个时候就要想办法来改线。

 

这里可以使用切刀工具,先在四个角上分别切出一根连接线。



新加的线造成了三角面的产生,根据四边面原则,这时候需要使用消除命令把这几根多余的线删除。



修改完布线后,再次使用循环选择工具,这时候能够很轻松的选中上面的一圈线了。



有了这个良好的循环线后,我们就可以很轻松的继续添加切线,来把结构做硬。



在循环线内,我们还可以继续给结构添加更多的细节。只要利用好循环线,这些操作都是非常轻松愉快的。

 


2. 极点偏移法

前面说过,极点容易破坏模型的结构,要尽量把极点藏在不重要的线上。

那么,当重要的结构上出现极点时,我们应该如何处理掉它呢?

接下来教大家一个简单粗暴,非常好用的方法:

 

还是借用下前面用到过的这个结构,之前我是手动调整布线,将极点挪到了下方,这次我们换一个更轻松的方法。



 

首先选中上面有极点的这根结构线,然后右键使用滑动工具。


接下来按住Ctrl键,并拖拽鼠标左键。这样就完成了,极点已经被转移到新创建出的这条边上了,中间的结构线变得很干净。



这个方法可以说是一石二鸟,使用滑动工具加出来的这根线,既能起到转移极点的作用,同时也能有卡线的作用,帮助我们把中间的结构做硬。

 

 

3. 菱形结构

菱形结构是建模中一个非常重要,非常实用的技巧。


 

我们先来看一下这个像盾牌一样的模型,你会看到,上面的六条线,最终汇聚到了底下的角上(为了让大家看的更清楚,我暂时没有处理底部的三角面)。

 

这样的布线虽然不能说是错误的,但却是很不理想的。因为盾牌的上部是一个比较宽的结构,我们需要比较多的面来形成它的结构,但是底下的角却是一个很小的结构,我们不需要那么多的面。这样布线会使底下的面看起来非常拥挤,浪费了很多面数,同时后续修改起来也很不方便。

 

那么,我们该怎样优化这里的布线呢?这就要用到所谓的菱形结构。

 

 

来看一下修改后的布线,模型的上部还是六个面,而到了底部的角上,就只有一个面了。这样的布线结果就比较理想了,少了很多面数,同时模型上的面的分布也很均匀。

 

 

而完成这样一个降低面数过程的关键,就在于这里的几个菱形结构,四边形在菱形结构这里会进行汇聚,将多个多边形汇聚为一个多边形。



通过多次使用菱形结构,就可以将面数逐渐降低,使模型的布线更加优化。

 

同时,菱形结构不止能起到降面的作用,也能够起到升面的作用。如果我们把这个布线反过来看,它其实也是从底部的一个面,逐渐提高面数到顶部的六个面。我们要根据模型的不同情况,灵活的运用好菱形结构的正反两个作用。

 

 

4. 阴阳切角法

下面这个技巧是重点中的重点。因为布线、卡线时,大部分的难度都在边角处的处理,所以这个技巧在建模过程中会使用的非常频繁。

什么叫阴阳角呢,其实就是凹角和凸角。我们可以把凹角叫做阴角,凸角叫做阳角。

阴阳切角法,其实就是把凹角和凸角卡线做硬的技巧。

 

(一)阳角切法


先来看下凸角:

 

我们来看一下怎么把这个角给做硬

 

方法很简单,我们在两侧各卡出一条切线,这个角就变硬了。

但是你会看到,这个简单粗暴的方法也有个小问题,它不仅让角1变硬了,同时也影响到了无辜的角2和角3,而这两个角我们可能是想保持不变的。

 

接下来,我们可以修改一下布线策略。

这就是修改后的切法,这时候只有角1变硬了,而其他的角都没有受到影响。

具体使用哪种就要看实际的情况了。

 

而不管是哪种切法,它们都有一个同样的特征,就是做硬的角上都有一个小方块的形状。

 

记住这个结构特征我们就可以很好的给凸角进行卡线。

 

刚才的结构我们没有遇到什么干扰,所以做的很轻松,接下来再看一个稍微绕一点的情况。

这个情况要稍微复杂一些,我们需要把角1做硬,但是与前面不同的是,这个角上连接了三根线,如果直接像下面这样去切的话,很容易伤及无辜,会多出很多不必要的线影响其他地方的结构。

 

为了解决这个问题,我们可以回忆一下前面的小方块结构特征,在这个角上把方块的结构做出来。

这是修改后的切法,完全没有影响到其他区域的结构,同时也把角做硬了。

 

为了方便理解,我们使用的是平面模型来进行演示,而拓展到立体模型上,道理也是一样的:

 

可以看到,在立体模型上,凸角上的结构特征像一个盒子一样,所以我们可以把这个结构特征叫做盒子结构。

 

(二)阴角切法


接下来我们再来看看凹角的处理方法。

 

我们需要把这里的凹角给做硬,比较粗暴的方法就是这样去切:

但显然,这不是一个很好的主意,新加的线会影响到其它不需要加线的面。现在这儿是一个平面,这些多余的线影响不大,但如果这是一个曲面,多出来的线就会影响到其它地方的曲率。得到的将是下面这样糟糕的结果:


(卡线前)


(卡线后)

 

本着尽量不要影响别人的原则,我们来修改一下布线,看一个比较好的阴角切法:

 

先在角上连出一根斜边

接下来我们再把这两条边的落脚处从点上转移到边上,修改到红线的位置上。

 

这样就搞定了,新的线没有影响到其他任何结构,布线非常干净!我们可以把这个方法叫做借边法。

 

更棒的是,这样处理后,在角的周围形成了一圈循环边,我们再去继续卡线,做细节,就非常方便了。

 

 

而为了完成这个切线手法,我们需要在凹角上有这样的三个四边形结构:

 

所以,需要记住这个结构,在制作凹角时,要先预留好这样的三个四边形。

 


(三)结合运用


如果把阴角切法和阳角切法放在一起看的话,会发现它们刚好能完美匹配,就像阴和阳的互补一样。

 

在实际建模中,我们也经常会遇到这样的情况,阳角往往会伴随着阴角一起出现,这时候就可以把阴角切法和阳角切法结合起来一起使用。

 

 

来看看下面这个模型,这里面既有阳角,又有阴角存在,而这样的凸起结构也是建模中非常常见的。(为了方便处理,这儿我使用了对称来进行复制,只需要做四分之一的模型)

 

这就是卡线后的结果,角1处使用了阳角切法,可以看到上面有一个盒子结构,而角2则用了阴角切法。

 

最后可以得到一个很不错的硬化结果。

 

如果把它翻个面反过来看,它就成了一个凹陷的结构,所以不管是往上还是往下做结构,方法都是一样的。

 


5. 倒点开圆法

在硬表面建模中,经常会遇到需要给结构上做出圆形的情况

 

 

那么如何给结构上做出圆形来呢?其实做法非常简单。

 

首先在要做圆形的地方选择一个点,然后右键使用倒角工具,并将参数里的细分改为1,深度改为-100

这样就得到了一个圆形。

 

接下来做一些善后工作,把倒角后产生的N-gon面解决掉。

 

所以如果模型上需要做出圆形的结构,需要事先在要做圆的位置预留一个点,方便后续进行倒角操作,并尽量保证点周围的网格均匀一些,最好是正方形结构。

 

最后可以进行挤压、卡线等操作,在面上挖出圆形孔洞的效果就做好了。

 

 

6. 借形法

有时候模型上可能需要有一些很规则的结构。

比如这个模型,在它的上面和下面,各有一个半圆形的结构。这种很规则的形状,如果想手动拖点拖出来的话,是比较难实现的。

 

这个时候最好的选择就是借助一些基本的形状把它做出来,这里可能用的最多的就是圆柱形了。

首先创建出一个圆柱形,调整下圆柱的大小,这里的参数尽量写成整数,方便后面匹配底下小圆柱的大小。同时降低圆柱的分段数,不需要那么多的段数,这里留12个分段就差不多了。


 

接下来把模型C掉,删掉下面没有用的一半面



选中下面的面,按住ctrl键往下挤出结构


 

为了做出底部的结构,这里又新建了一个圆柱体,再次借形,调整好底下圆柱的参数,要注意与上面的结构大小匹配。



继续删掉一半不需要的面,并将两个模型合并成一个模型

 

 

连接两个结构之前,还需要保证连接的地方边数一致,所以要再加出这两根线。


 

接下来就可以选中断开处的所有线,使用缝合工具将两个结构进行连接。



最后就是些善后工作,增加一些切线把该做硬的结构做硬,遗留的三角面解决下。这里的步骤和方法无所谓,结果OK就行了。

 

 

 三.建模思路


掌握了这些建模技巧之后,实际建模时,我们还需要有一些良好的思路和策略,帮助我们把模型更快更好的完成。

比如要做这样一个比较复杂的模型,应该如何去下手呢?

下面我们来讲解一些制作的大致思路和流程

 

 

1.起形阶段

 搭建大致结构,注意整体比例结构关系的准确

 

首先,不要急于制作某一个细节结构,我们要先把模型的整体轮廓搭建出来。

 

像这样,把模型的重点架构大致搭建出来,不用去管模型的细节,用最简单的几何体去搭就可以。

同时,对于这个模型而言,它是一个左右对称的结构,所以只需要做半个头,然后用对称复制出另一半即可。

这一步主要目的是确定整体的比例关系。就像画画时先画出一些简单的轮廓线一样。

确保比例关系基本准确之后,我们就可以进入下一步了。

 


2.细化阶段

  对粗坯进行细化,进一步做出拓扑结构来,注意做准结构线,布线要均匀、适当


接下来要开始把模型逐渐做细了,仔细对照参考把模型的重要结构线做出来,尽量准确。按照我们前面所说的布线原则,开始布线。布线时要控制好合理的细分,结构圆滑的地方需要多一些细分,平直的区域细分要少,并调准模型的曲率。

最终把模型的拓扑结构给做出来。



对于这个模型而言,比较复杂、需要重点考虑布线的就是红色的外壳部分,其他的部分虽然看着复杂,但其实都是比较简单的小零件组成的,所以这一步我们主要把外壳做好就行了。


最终,像这样把模型的拓扑结构给做出来。

 


3.成型阶段

继续雕琢细节,对需要做硬的结构进行卡线。


接下来我们要考虑添加细分曲面之后的问题,把需要做硬的结构进行卡线。这一阶段是痛并快乐着的,在布线的过程中我们可能会遇到不少头疼的问题,难点就在于布线的策略,我们可能需要不停的进行修改和调整。

我们需要根据具体的情况,灵活运用好掌握的布线技巧。

 (小技巧:在布线过程中,可以按Q键快速打开和关闭细分曲面,检查布线效果)

这一阶段,我们可以顺便把眼眶,耳部等比较大的结构也做出来。这些部分布线上就没什么难度了,有些地方完全可以用基本几何体直接堆出来。

 

到这里,基本上就离成功不远了,最难的部分已经过去了。

 

 

4.完善阶段

 完善模型上的小细节


最后,我们把模型上的细节小零件给补充完整。

 


整个模型就完工了



当然,以上只是一个大概的流程和思路,具体的操作还是要大家根据自己掌握的建模技巧多练习多实战。我录制了几节这个模型中布线难点的具体操作演示视频,也在文后分享给大家。


最后,祝大家身体健康,平平安安!



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