三維模型拓撲與布線

摘 要布線與拓撲，是塑造3D模型的結構線和輔助線，它是一個模型存在的根本，對于初學者在建模中經常重要于考慮造型的準確性，而忽略了布線的意義。本文通過分析各類模型布線要求及模型布線常見錯誤，結合目前技術提出模型布線方法及技巧。

【關鍵詞】3D 建模 拓撲 布線

在 3D 建模里，拓撲（Topology）概念，指的是多邊形網格模型的點線面布局、結構、連接情況。拓撲對于多邊型建模模型是一個比較重要的進階概念。如果 3D 模型只有型，雖能渲染出好的結果，但是如果沒有一個好的拓撲結構，依然不能稱得上是一個好的模型。

如圖1可以看到，雖然兩個平面的外觀、大小是一樣的，但是內部的頂點、邊線、面的排布方式卻不盡相同。右邊的平面內部結構僅僅是平直的網格，左邊的卻復雜一些，平面、邊線圍繞中心部分，形成了一個環狀的結構。創建一個模型，如果擁有良好的拓撲結構，不僅模型布線外觀看起來比較干凈規整，還在很大程度上，改善了建模的工作效率，可以更快、更精確地進行修改、操作模型的整體和細節，從而更好的反映這個物體的結構特征。

1 各類模型布線要求

目前在3D角色建模中，一個角色完整的工作流程經常先在ZBrush軟件中雕刻模型、然后拓撲、展UV、制作貼圖。但是ZBrush軟件雕刻好的模型常常不能直接使用要重新拓撲，拓撲時又要考慮布線問題。主要原因是首先，在ZBrush軟件中創建出來的模型由于面數過高而且網格布線混亂這樣對往下的工作造成很大影響，因此不能使用，那么就要進行拓撲，重新創建一個合理的結構布線并且保持模型原貌。正確的結構布線能幫助我們更好地完成往下的工作，特別是在制作貼圖和動畫時所起的關鍵作用。

模型一般分為影視用模型（高模）和游戲用模型（低模）兩大類。低模又可分為網絡游戲模型和次時代游戲模型，兩者只存在精度和面數上的差別。

1.1 影視用模型（高模）

一般先是在三維軟件中建立一個虛擬場景，按照所要表達的要求建立好模型、燈光、動畫等操作，完成后讓計算機自動運算，渲染生成最終畫面。這樣就不需要顯卡及內存進行大量的即使演算，也不用考慮后臺服務器能承載多少玩家運行此游戲，因此我們在創建模型時，布線要符合動畫原理，以達到視覺效果為主，面數精度要高，細節要豐富，盡量避免三角面出現。

1.2 網絡游戲模型

網絡游戲要保證玩家的電腦運行流暢，因此會對模型面數有著嚴格控制要求，面數一般會控制在400-2000之間。制作時只要遵循建模基本原則，能表現出模型的輪廓，便可對模型任意拓撲，可以大量使用三角面進行低模制作，有效控制節省資源。

1.3 次時代游戲模型

次時代游戲模型的細節可以用法線貼圖表現，而在建模時要考慮的是需要進行模型、貼圖、材質等即時演算，因此把面放在最有用的地方，在不影響結構、精度、比例情況下節省面數隨著PC硬件日新月異的更新換代，游戲機的推陳出新，次世代游戲對模型的要求也越來越高，單個角色面數過萬也有。

2 模型布線常見錯誤

在建?；蛑匦虏季€時，往往因為大意疏忽造成一些小的錯誤，這些小錯誤足以影響模型的整體效果，如果不及時處理，后果不堪設想。下面根據雕刻時總結出的常見錯誤，介紹幾種模型布線常見錯誤。

2.1 不完整幾何體

不完整的幾何體指的是沒有完全閉合，模型上有開口的多邊形。

2.2 模型避免穿插

模型之間盡量避免穿插，意思是盡量不要讓一個模型插入另一模型，最好的做法是把重疊的部分刪除，把多個零件盡量做成一個模型，節省面數之余又能提升加載速度。

2.3 移除孤立頂點

孤立頂點指的是不構成面的頂點，是多余出來的點，通常是制作時無意間復制了某個點從而造成錯誤，孤立頂點也會對模型的最終效果產生影響，所以必須移除孤立頂點。

2.4 刪除重合面

兩個面重合，這個情況都是在制作過程中不小心復制了某個面而造成的，雖然問不算嚴重，但為了避免影響最終效果，制作完成后一定要仔細檢查模型，確保沒有出錯。

3 模型布線方法及技巧

3.1 影視用模型（高模）

3.1.1 布線的疏密依據

無論是游戲級角色還是電影級角色，布線的方法基本上都沒有太大區別，只是在疏密程度上有所不同，基本上可以遵循這樣的規律：運動幅度大的地方線條密集，這主要是為了能在做動畫時，促使模型更自由的伸展運動，相反運動幅度小的區域用稀疏的線，包括頭蓋骨，部分關節較少運動的地方。

3.1.2 均等四邊形法

顧名思義，均等四邊形法要求線條垂直或平行骨骼走，線的排列規則、平均組成元素均是四邊形，由于面與面的大小均等，排列有續，因此在進行后續的制作時，包括展開拓撲圖、給角色蒙皮以及添加肌肉變形等方面提供了很大的便利。

3.1.3 5星、3星、多邊面和三角面

由于模型需要圓滑的關系，高模在布線方面忌諱的東西要比低模多很多。高模在圓滑后，那些塑造形體時創建的三星，三角面，多星，多角面會嚴重影響模型的平滑度和伸展能力以及肌肉正常變形。因此在無法避免的情況下，將5星和3角面盡量藏置在肌肉運動幅度較小的地方或在主視線以外的地方。

人臉作為整個模型的核心部位，要求比其他部位更嚴格，要更加細致地對其進行布線。眼眶和嘴部周圍的線圈越多，越利于肌肉的伸展和表情動畫的制作。

3.1.4 一分三法

“一分三”主要用于由簡單向復雜的過渡處理（漸增細節），勾勒處的布線如果不按照一分三的方法將線分下來，鼻翼的外形就很難被塑造出來。大腿處如不用此方法， 臀部線就不能進行自由的動畫變形。

說完“一分三”法，這里要提一下“一分二”法。它們是有本質上的區別的?！耙环侄狈ㄒ话阌糜诟淖兙€路的走向。臉部紅色勾勒的5星黃色勾勒的5星，它是由不同肌肉在交界時產生出來的，起到了分流造型的作用。無論是“一分二法”還是“一分三法”都是會產生5星。

3.2 網絡游戲模型（低模）

3.2.1 三角面的運用

游戲低模與影視高模恰恰相反，高模一般會盡量避免出現三角面，三角面一般情況下會出現在較為平整的面上，而轉折較大的地方運用三角面，會對模型平滑后的效果產生一定影響。相反，對低模來說高模忌諱的東西卻是精簡面和塑造形體的重要組成元素。低模布線的原則是：在盡可能少的面數下表現出盡可能豐富的結構細節，仔細觀察模型的面數變化。

3.2.2 合理節省線段

游戲低模只要能夠滿足視覺、結構造型要求，那么怎樣使用三角面都無限制，可以針對造型用的面，把所有對模型結構造型不產生影響的點全部塌陷，達到面的精簡 。

3.3 次時代游戲模型（低模）

3.3.1 布線規則

在準備拓撲模型前，首先了解清楚要做模型它的大型、結構、細節，先根據大型去定出模型的比例，概括大形，根據走向清晰布線。

3.3.2 精簡線段，點線共存

在能夠準確表達結構、形體的情況下以最少的面進行表現，讓模型中的每條線都發揮出實質性的作用。布線過密會給我們的貼圖控制造成一定的難度，尤其是游戲和動畫模型。

3.3.3 正確處理三邊面、五邊面

在游戲建模中，三角面可以很好的表達轉折位置，只要不出現破面即可。但在制作需要運動的模型時就要多加考慮三邊面、五邊面的出現是否會影響往下的動作環節。

3.3.4 養成良好的布線習慣

在不斷實踐過程中，要養成良好的布線習慣，首先把握好整體的大形、比例，從多個角度切換觀察、調整，隨時處理出現的問題，做好游戲模型標準細致的表現設計，任何一個細小的地方也不要放過，哪怕是一個不顯眼的小零件。

4 拓撲技巧

塑造角色模型完成后開始進行拓撲，拓撲時注意以下技巧：

（1）拓撲前先理清思路，分析好模型結構布線的具體走向。

（2）減面后的低模另存一份，防止覆蓋最初的高模文件。

（3）拓撲時候，由于兩邊的模型對稱，可以先將一半刪除，完成拓撲后在添加對稱修改器即可，這樣有便于拓撲工作。

（4）給低模一個顯眼的顏色，便于識別高低模。

5 總結

模型布線原則：動則均勻，靜則結構。游戲模型布線時要注意的事項總結：

（1）由于低模不需要進行網格平滑，所以不忌諱三角面、多星以及多面塑形。

（2）以最少的面來表現更多的結構及轉折，并保證在相應面數下邊緣盡可能的圓滑。

（3）平坦部分盡量減少面數，而為了減少鋸齒，表現圓潤的效果，有起伏有弧度的部分則需要一定的面數。

（4）重疊部分的面完全沒必要創建出來。

（5）可動畫的關節處要保證骨點處有足夠的伸展線，而受擠壓的地方（垂直骨骼的線）伸展線相對較少，這樣在彎曲時才不會破壞結構。

參考文獻

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作者簡介

趙偉明（1979-），男，廣東省汕頭市澄海區人。工程碩士?，F為私立華聯學院講師。研究方向為計算機應用。

作者單位

私立華聯學院 廣東省廣州市 510663