GK模型軟件輸出技術研究

王 巍 殷婷婷 羅愛華

（北京電子科技職業學院 北京市 100176）

GK模型行業現狀

GK模型一直是動漫領域探討的熱門話題，作為動漫衍生產品的一類，深受廣大動漫愛好者的青睞。“GK”的全稱是“Garage Kit”，原意為“車庫組件”，因為GK模型最初是在工作房（西方人慣將車庫作為工作房）誕生的。早期的GK模型只是一些模型愛好者自行創作的作品，造型細致度因人而異，通常都是唯一的，后來把自制或自己少量生產的模型統稱為“GK模型”。GK模型的制作方式在初期以手工為主，通過雕塑師的塑型來完成。由于專業技術和尺寸上的限制，產量極低。近幾年，隨著數字雕塑技術和3D打印技術的發展，使GK模型制作方式轉向了數字化。

輸出環節的問題

GK模型獨特的造型吸引力，讓大多數創作者將精力放在了前期數字模型制作上，如工具的使用、軟件的搭配以及硬件的優化等。但對于數字模型制作與最終成型的中間過程，特別是軟件輸出和3D打印環節，卻極少有人關注，從而產生了一系列問題：

數據不能打印。這在文件轉換時很常見，數字模型文件在設計軟件中觀看顯示正確無誤，但導入到3D打印軟件中，就會出現模型無法顯示或部件丟失的情況，有些時候還會看到一些曲面上的頂點遠離模型。

表面細節缺失。模型能夠顯示但看不到細節，問題同樣是軟件顯示效果的不一致，原始模型上的一些細節造型在3D打印軟件中會變為低多邊形曲面，相對深度較淺的模型細節會不顯示，讓原本精致的數字模型黯然失色。

打印時間漫長。目前使用較多的是“熔融沉積成型”技術和“光固化成型”技術的3d打印機，使用層層疊加的方式打印，越精細的模型，每層的堆積厚度越薄，所耗費的時間也就越長，一般打印一個中等大小的模型耗時都不低于16個小時，大的甚至需要幾天的時間，極大地降低了生產效率。

模型修件困難。3D打印所生產出來的模型與傳統的手工GK作品有所不同，稍微復雜一些的模型就必須借助支撐結構才能打印出來，這就導致了最終模型大多會帶有一些附屬物（也就是支撐），制作者需要花費幾個小時用刀、砂紙或者其它工具去掉支撐材料，也就是模型圈子里所說的修件，在這一過程中，很容易傷到打印模型，讓之前的勞動成果付諸東流。

耗材成本昂貴。這是無法回避的問題，目前雖然打印設備的價格已經很親民，但打印耗材的價格仍然相對較高，比如PLA線材1KG要100元，光敏樹脂1L要300元，雖然不是高得無法接受，但大量打印的話，損耗量也是巨大的，往往300元也就能打印3-5個小比例的模型，大比例模型可能一個就要600-800元。

打印過程出錯。這種現象在3D打印新手中屢見不鮮，打印過程中會出現各種錯誤，導致打印不成功，前功盡棄。典型的問題有模型翹邊、首層出錯、底部收縮、錯位或移位、打印層丟失、模型開裂、產生拉絲、空駛擠出、模型途掉落等，不但造成了極大地浪費，清理起來也極其麻煩。

解決方法

這些問題讓很多優秀的GK模型只能停留在數字模型階段，無法成為實物產品，這些問題對專業打印制作人員不是問題，但對于大眾使用者，卻會帶來很大的困擾，解決問題的方式要從源頭來剖析：

改變傳統建模方式。模型文件無法顯示的原因主要在于主要在于模型的構建方法不對，諸如衣服、頭發這樣的元素，沒有設定厚度，而是使用極薄的曲面面片來進行制作。細節缺失的原因則是法線貼圖的大量使用，很多設計師是從游戲或動畫公司轉行進入該領域的，依然保留著行業的一些舊習，典型特征就是借助法線貼圖表現較高的細節，通過精簡模型曲面來保證游戲的順暢運行和動畫生成效率的提升。

解決的方法也比較直接，新的領域有新的規范，設計師要改變原有的建模習慣，以雕塑的方式表現模型及其細節，任何可見的元素都使用模型來體現，一些低厚度的元素則要通過實體堆積來創建。使用法線貼圖的模型則更容易處理，由于法線貼圖是通過高精度模型與低曲面模型計算得來的，輸出時使用高精度模型即可。當然，輸出前對模型數據進行歷史清除也是十分必要的，這會減小出現頂點元素移位的概率。

了解打印成型原理。要想減少打印文件的等待時間，首先需要了解各種打印設備的成型原理，以光固化打印機為例，它是將模型數據預先切片分割成諸多很薄的剖面層，在打印的時候利用紫外線照射使光敏樹脂一層一層的固化，最終疊加產生出所需要的實體造型，從這里就可以看出，影響打印時間的元素在于模型的分層數，在層厚恒定的前提下，模型越高層數越多，模型越矮層數越少，時間也就越短。所以在固定的打印區域經營好模型的碼放位置和角度就顯得尤為重要。以卡通角色為例，橫放比豎放要節省2/3的打印時間。而可打印區域中高度不變的前提下，放置的模型多少對打印時間沒有太大影響，放的越多也就越節省時間。

預先規避原則。打印好的模型進行修件是一個必不可少的環節，往往需要比打印模型花費更多的時間，這在前期3D打印軟件里放置模型的時候可以有效避免，首先是模型的朝向，我們可以把需要展現的部位或者說精彩的部位朝上，將支撐放在其背面，比如說角色的臉、有花紋的飾物等，而一些不易于看到的部位，比如鞋底、腋窩等，可以直接在上面生成支撐。一些必須生成支撐，又很重要的位置，則需要調整支撐點的接觸位置，盡量避開光滑部位。這樣，在修件的時候，會相對輕松，且能保證模型的整體質量。

充分利用打印軟件的功能。耗材的價格我們無法改變，但可以改變模型本身。默認打印模型是實心的，這完全沒有必要，大量的打印材料用于填充是極大的浪費。很多3D打印軟件都有抽殼功能，可以讓制作的模型變成中空的造型，這會節省1/2甚至2/3的耗材消耗。而不同的模型，所需要的輔助支撐也不同，充分了解不同支撐的功能及樣式，也可以通過精細控制達到耗材少量的節省。

大部分3D打印軟件可以進行打印過程的預演，借助此功能可以提前發現實際打印過程中會出現的問題，比如支撐點哪里缺失、哪里會形成造型粘連等。確保打印過程的順利實行，避免打印失敗，也就變相的達到了節省耗材的目的。

耐心和細致，步步為營。打印失敗的原因有很多，除了經驗之外，很多時候是操作過程中的大意導致的，大部分打印機在打印前都需要進行調平操作，只有載物平面各個位置與打印頭的距離一致才能讓打印過程穩定進行，距離過高會脫離模型產生縫隙甚至空吐絲，距離過低會損壞已經打印好的模型。而調平操作沒有什么捷徑，就是不斷確認不同位置的距離，進行手動或電動的調整。耐心是3D打印人員的一個必備素質。

綜上所述，從軟件輸出技術的角度去探究GK模型的生產流程，可以對數字方式制作GK模型這一新技術進行整理和優化，幫助設計者考慮最終輸出問題，提前規避一些不必要的錯誤，從而提升GK模型的表現力。隨著技術的發展，人們的審美水平不斷提升，個性化要求也更加明顯，必然會催生新的產業，職業分類也會更加細致。2020年5月11日中國就業培訓技術指導中心發布《關于對擬發布新職業信息進行公示的公告》，擬新增10個新職業，其中就包括增材制造（3D打印）設備操作員。可見對3D打印這一新興事物的重視，而除了將專業技術提升到職業高度，3D打印軟件的優化與革新也是必不可少的，開發商應切實從服務角度出發，簡化軟甲的操作流程，明確各種命令的功能，方便各類人員使用，從根源上解決技術對設計的阻礙。只有各方面協同合作，才能縮短設計向產品轉化的時間，讓設計師能全身心投入，讓“中國制作”變為“中國創造”。