三維技術在影視手辦設計中的應用

馬美琪　李 鵬（通訊作者）　陶毓博?。|北林業大學　150040）

一、引言

手辦（日語：ガレージキット）原指未涂裝的樹脂模型套件，是收藏模型的一種，多指人物角色模型，也可指汽車、建筑物或空想事物模型。影視手辦是以影視作品角色或元素為原型的手辦，是影視衍生品的重要組成部分。影視產業鏈中，下游衍生品開發取得成功，上游創意制作和中游發行播映才能從市場回收成本并最終盈利。

三維技術主要包括三維打印，三維建模和三維掃描。三維打印的基本原理是將數字三維模型按某一坐標軸切成無限多剖面，通過物理層疊加的打印方式，按指定位置堆積，形成實體立體模型。數字三維模型數據可通過三維建模和三維掃描兩種方法獲得。三維掃描技術利用三維掃描儀獲取待測物體表面各點三維坐標，將獲得數據構造成三維模型的先進全自動測量技術。三維建模也稱計算機輔助設計技術，利用三維建模軟件可準確、直觀展現各種模型，還能構造出各基本體，將其組合或切割，構造出新的組合體。

三維技術在產品設計上具有精準復刻、易于調整等優勢，在制作上具有周期短、操作簡單等特點。本文以個性化影視手辦設計實踐為例，探討三維技術在影視手辦設計中的一般方法和可行性，為三維技術應用于影視衍生品制作提供實例參考。

二、影視手辦設計的三維技術應用實例

三維技術可以使影視手辦突破傳統設計方式，幾乎完全為數字化流程，設計的一般流程如圖1所示。文中以電視劇《塵埃落定》女主角塔娜為形象依據，如圖2所示。采用個性化設計方法和綜合材料藝術表現，說明三維技術應用于半立體影視手辦的一般流程。

圖1　三維技術下的影視手辦制作一般流程（圖片來源：本文作者）

圖2　影視手辦形象依據（圖片來源：網絡）

1.人體上身三維掃描

人體上身三維掃描使用3D Systems sense三維掃描儀，掃描過程如圖3a所示，經初步剪裁得到著色三維數字模型，如圖3b所示。三維掃描過程中注意室內光照射充足，保持被測面光線亮度一致，避免陰影和過度曝光區域，否則難以獲取點云數據，三維模型保存為STL格式文件。

圖3　三維掃描（圖片來源：本文作者）

2.數據處理及模型建立

首先將模型文件導入逆向工程軟件Geomagic Studio，然后使用“網格醫生”智能查找釘狀物、小孔等影響模型質量的部分并刪除，再使用“全部填充”工具填充模型孔洞。以上兩步并稱為平滑處理，如圖4a所示。然后進入重新設計環節，使用“剪裁工具”在X軸方向去除模型胸以下部分，Y軸方向上將背部切成豎直平面，模型保存為STL格式文件，如圖4b所示。操作時注意使用“薄片剪裁”工具剪裁，裁切處可形成填充平面，另外Y軸方向剪裁需保留人耳以前部分，否則造型缺乏立體感。并且選擇按曲率填充，修補基礎上可最大限度保持原造型。

圖4　數據處理及模型建立（圖片來源：本文作者）

3.三維打印

使用極光爾沃Z-603S型FDM 三維打印機，熱塑性聚氨酯彈性體橡膠TPU（Thermoplastic polyurethanes）線材作為耗材，TPU具有耐磨、耐油，透明的特點，并且其機械性能、物理性能及彈性良好。

將STL格式三維模型文件導入三維打印機前臺控制軟件Cura中，將原模型同比縮小至合適比例。模型最大平面設置為與熱床的接觸面以避免支撐結構， 如圖5a所示。通過模型切片處理和打印模擬預覽模型打印狀態，發現問題并預先調整，最終將主要打印參數設置為：層高0.1mm；外殼0.8mm；填充密度10%；打印速度60mm/s，導出為Gcode格式的打印控制文件，如圖5b所示。

三維打印機讀取打印控制文件后就可逐層打印，模型內部填充結構和外表面較薄，打印過程中需持續觀察，及時清理異常出絲，防止刮帶，如圖6a所示，打印完成后可最終獲得實體模型，如圖6b所示。

圖5　模型切片處理（圖片來源：本文作者）

圖6　三維打?。▓D片來源：本文作者）

4.后期處理

三維打印影視手辦的后期處理包括：

（1）補土打磨

FDM三維打印在“層層疊加”成型過程中會產生凹凸表面和臺階紋，這些缺陷通過補土彌補。將原子灰混入硬化劑均勻涂抹于模型表面，并立即清除堆積材料，如圖7a所示。原子灰完全干燥硬化后，使用壁紙刀將不平整部分逐一清除，再使用電動打磨器配合不同形狀和尺寸打磨頭進一步平滑處理，如圖7b所示。

（2）上色修飾

首先使用白色自噴漆噴涂模型表面以覆蓋原子灰顏色，干燥后使用接近人體膚色的米黃色漆體噴涂如圖7c所示，最后選用白色光油噴涂，延長模型使用壽命，待表面漆完全干燥后，使用丙烯顏料上色，如圖7d所示。

（3）服飾裝飾

首先使用相應的布料、木珠、銀飾等依據影視原型制作襯衣、長袖長袍、圓頂皮毛，銀管頭飾和彩珠項鏈，再使用502膠水將其按合理位置固定在內徑為合適尺寸的胡桃色原木相框中，最終完成半立體影視手辦擺件的制作，如圖8a和8b所示。

圖7　模型后期處理（圖片來源：本文作者）

圖8　半立體人形影視手辦擺件（圖片來源：本文作者）

三、三維技術應用的優勢

1.工藝過程優勢

傳統手辦先由設計師繪制二維草圖，原型師按草圖塑造初始模型，再根據手辦原型制造模具，最后使用模具灌注液體樹脂形成部分模型，打磨涂裝后獲得成品。模具灌注生產方式每次開模只能生產十到二十個產品，每批次模型間稍有差別，模具損耗達到一定程度將無法繼續使用。三維技術下手辦只需創建模型、打印生產和適當后期處理，工藝實現簡化。三維數字模型可永久保存，方便攜帶和異地傳輸且不受批量和批次限制。

2.經濟成本優勢

傳統模具灌注方法以聚胺基甲酸酯（俗稱PU樹脂）為原材料，價格較高。灌注過程中很難避免氣泡，導致模型表面破損，歸為殘次品，嚴重浪費材料。三維打印采用PLA等環保材料，可完全避免產生氣泡，增材制造幾乎不產生廢料，支撐結構和打磨中產生的少許廢料可進行再利用。三維技術還可實現影視手辦制作模塊化，如同一角色的不同造型，軀干不變，靈活重組其余部分即可，實現軀干模型的重復利用。

3.設計靈活優勢

傳統手辦設計“線性”過程不可逆，中間環節出現問題，容易前功盡棄。三維技術可打破“線性”流程，打印中出現的問題可隨時調整三維模型數據解決，且用時短暫。三維技術使影視手辦不再受比例尺寸和材料限制。用傳統石膏或黏土材料制作手辦母模常出現局部比例不準確或整體尺寸有偏差，三維數字建?？蓽蚀_輸入模型尺寸參數，簡單準確；手辦尺寸較小，細節刻畫難度大，三維建模軟件可將模型局部放大，雕刻工具尺寸也可調小，保證細節順利刻畫。

4.個性化定制優勢

個性化時代來臨，人們不再滿足大眾產品消費，影視愛好者也更傾向于消費突出個性的作品。但消費者目前幾乎無法獲得自己從源頭參與的影視手辦，市面上的DIY手辦需購買固定造型的無色模塊，消費者可參與的部分只有上色與組裝。三維技術環境下，消費者可付費下載或自行創建影視角色三維數字模型，打印成型后進行打磨和涂裝。還可對角色原型進行個性化再設計，如將原創元素融入手辦造型，全程參與手辦設計。影視文化企業可在官網售賣原創作品三維模型，對消費者來說是全新的消費和設計體驗，對企業來說是新商機。

四、結語

本文應用三維打印、三維建模和三維掃描技術，實踐了影視手辦的制作的全流程，實踐過程和結果表明三維技術能改善傳統手辦設計方法，簡化影視手辦制作工藝，通過節約材料、人力和時間有效提高設計效率。數字化設計方式及能夠改進傳統手辦生產線性流程，使設計不再受材料限制，設計自由度和創新空間有效提升并為實現產品個性化定制提供了可能。

注釋：

1.圖2來源：網絡.

2.圖1；圖3至圖8來源：本文作者.