作者：趙睿翔 單位：上海大學(xué)美術(shù)學(xué)院數(shù)碼系教師

事實(shí)上，三維數(shù)碼的實(shí)現(xiàn)不僅是基于計(jì)算機(jī)技術(shù)，更是源于對(duì)現(xiàn)實(shí)世界的掌握和理解。人們將現(xiàn)實(shí)中的自然規(guī)律歸納總結(jié)為數(shù)學(xué)公式，并由計(jì)算機(jī)運(yùn)算出結(jié)果展現(xiàn)出來(lái)。所以，三維數(shù)碼世界來(lái)源于現(xiàn)實(shí)世界卻又不同于現(xiàn)實(shí)世界，掌握它們的共同點(diǎn)和區(qū)別不僅有助于更快掌握相應(yīng)的軟件技能，還有助于根據(jù)三維數(shù)碼世界的藝術(shù)表現(xiàn)特點(diǎn)，創(chuàng)作出更出色的作品。

從現(xiàn)實(shí)世界到三維數(shù)碼世界

要進(jìn)行三維數(shù)碼造型，首先需要在計(jì)算機(jī)中構(gòu)建一個(gè)三維數(shù)碼的世界，一個(gè)透過(guò)顯示器薄薄的一層平面就能讓人感受到其深度和廣度的虛擬空間。這就需要將人們對(duì)現(xiàn)實(shí)空間的感受和認(rèn)知轉(zhuǎn)換到計(jì)算機(jī)語(yǔ)言中去。首先，什么是空間？似乎不同的領(lǐng)域?qū)臻g的解釋各有不同：幾何學(xué)將空間看作是獨(dú)立而相互正交的方位數(shù)，一般是指三個(gè)維度的空間；哲學(xué)上則是指一定事物保持自己質(zhì)的數(shù)量界限。我們這里所說(shuō)的空間可以理解為容納物質(zhì)的容器，可以無(wú)限延伸。那么人們?nèi)绾胃惺芸臻g呢？

1．方向空間無(wú)窮無(wú)盡，沒(méi)有起點(diǎn)也沒(méi)有終點(diǎn)，無(wú)所謂方向。但是人們根據(jù)自己長(zhǎng)期的生活習(xí)慣和生存需要，創(chuàng)造了方向的概念：基于地心引力確立了“上”和“下”，根據(jù)眼睛生長(zhǎng)的位置確立了“前”和“后”，并繼而產(chǎn)生了“左”和“右”。現(xiàn)代科學(xué)提出了更為精準(zhǔn)的定位，“經(jīng)度”、“維度”和“海拔”，這三個(gè)維度為空間內(nèi)物體的相互關(guān)系提供了統(tǒng)一的基本參照。計(jì)算機(jī)創(chuàng)造的虛擬空間便借鑒方向這一概念，“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”成為了X、Y、Z三個(gè)軸線，從而確定了在計(jì)算機(jī)的三維世界里物體的位置關(guān)系。其中三軸相交的點(diǎn)是整個(gè)空間的原點(diǎn)，也就是中心點(diǎn)。X、Y軸相交的平面也就成為了類(lèi)似現(xiàn)實(shí)中“地平線”的地面，默認(rèn)創(chuàng)建的事物都是位于這個(gè)平面上的。

2．中心和軸向如同我們所說(shuō)的“絕對(duì)位置”和“相對(duì)位置”一樣，三維數(shù)碼空間中根據(jù)參照物的區(qū)別，能有各種不同的中心和軸向。除了有世界中心以外，每個(gè)物體也有各自的中心、群組中心；除了有世界軸向外還有視點(diǎn)軸、屏幕軸、物體軸，等等。這種設(shè)定使得三維世界的語(yǔ)言更接近我們現(xiàn)實(shí)生活的狀態(tài)，也算是從現(xiàn)實(shí)生活中提取出來(lái)的一種經(jīng)驗(yàn)。

3．尺度在現(xiàn)實(shí)中我們用它來(lái)表明距離的遠(yuǎn)近、事物的大小等度量關(guān)系。為了有精確的計(jì)量，我們創(chuàng)造了各種距離單位：“米”、“厘米”、“公里”、“尺”等。三維數(shù)碼世界有其系統(tǒng)單位Unit，在這個(gè)尺度下，計(jì)算機(jī)擁有最佳的操作流暢度，無(wú)論是移動(dòng)、選擇，還是縮放，它們都是以Unit為根據(jù)的。統(tǒng)一三維數(shù)碼世界的尺度的意義在于全世界三維創(chuàng)作者創(chuàng)作的作品可以統(tǒng)一尺寸，這樣遠(yuǎn)程交流和多人合作就不會(huì)出現(xiàn)尺寸比例上的問(wèn)題。而且三維創(chuàng)作的內(nèi)容變化萬(wàn)千，時(shí)而是宏偉的大場(chǎng)景，時(shí)而是微觀的細(xì)胞世界，對(duì)不同尺度的場(chǎng)景可以通過(guò)計(jì)算機(jī)的系統(tǒng)單位進(jìn)行換算顯示，以不同的比例將計(jì)算機(jī)單位轉(zhuǎn)化為現(xiàn)實(shí)中的不同單位，增加操作的效率，而不會(huì)發(fā)生在顯微鏡下建造大樓這種情況。

虛擬物體的構(gòu)造

虛擬物體是三維數(shù)碼造型的主體，是虛擬三維空間中的主角。從人物角色到城市建筑，乃至到天體、星球，都可以用三維數(shù)碼技術(shù)創(chuàng)造出來(lái)，而創(chuàng)作方法則和現(xiàn)實(shí)原理有所不同。現(xiàn)實(shí)中的一切物體都是由無(wú)數(shù)原子組成的，原子不同的組合構(gòu)成了各種分子，而不同的分子則形成了不同質(zhì)量和材質(zhì)的物體。當(dāng)然，要讓計(jì)算機(jī)像現(xiàn)實(shí)那樣基于原子或分子來(lái)構(gòu)建數(shù)碼三維物體，以現(xiàn)有電腦的計(jì)算能力幾乎是不可能的。所以，我們需要將現(xiàn)實(shí)中復(fù)雜的物體結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)化：只處理物體表面而無(wú)視物體的內(nèi)部構(gòu)成；將復(fù)雜不規(guī)則的表面轉(zhuǎn)換成一系列規(guī)則平面的組合，從而使計(jì)算機(jī)能構(gòu)成數(shù)碼三維的物體。

1．構(gòu)成元素三維虛擬物體是基于表面的形體，如果想要對(duì)這些面進(jìn)行修改或變換，需要設(shè)定若干關(guān)鍵元素來(lái)控制這些曲面。不同模式的造型有不同的基本元素。基本幾何形是那些符合數(shù)學(xué)規(guī)律的形體，由一系列幾何參數(shù)組成，例如由長(zhǎng)寬高數(shù)值決定的長(zhǎng)方體、由半徑數(shù)值決定的圓，等等。那些無(wú)法用簡(jiǎn)單數(shù)學(xué)規(guī)律描述的不規(guī)則形體，則使用形態(tài)特征來(lái)概括成簡(jiǎn)化形體，主要分為“網(wǎng)格”、“多邊形”、“曲面”和“面片”。無(wú)論是在現(xiàn)實(shí)中還是三維數(shù)碼的創(chuàng)作中，規(guī)則的基本幾何形畢竟是少數(shù)，所以對(duì)三維物體的研究也基本上是指對(duì)不規(guī)則形體的研究。“網(wǎng)格”和“多邊形”是由“點(diǎn)”、“線”、“面”和“體”四大基本元素構(gòu)成。“點(diǎn)”作為最基本元素?zé)o窮小，是不可見(jiàn)的，而且互相之間可以沒(méi)有關(guān)聯(lián)。“線”則是一系列點(diǎn)的集合，也可以看作是兩點(diǎn)之間的直線，數(shù)條相互連接且互相之間呈一定角度的直線就構(gòu)成了曲線，線也是不可見(jiàn)的。“面”是由至少三個(gè)點(diǎn)或三條相交的直線構(gòu)成，根據(jù)發(fā)線的方向分為正面和反面，是可見(jiàn)的元素。“體塊”是一系列面的集合，是最常用的造型元素。“網(wǎng)格”和“多邊形”由于概括方式簡(jiǎn)單直觀，無(wú)論在什么三維軟件中都能表現(xiàn)出一致的造型，是使用范圍最廣的一種建模方式，而且其創(chuàng)建方式近似于泥塑創(chuàng)作，最適合創(chuàng)建完全不規(guī)則的自然形態(tài)和人物角色。“曲面”和“面片”則是由“曲線”和包覆曲線的面組成的。這種造型方式曲面可以無(wú)限細(xì)分，精度和細(xì)節(jié)都超越了“網(wǎng)格”和“多邊形”，適合創(chuàng)建機(jī)械結(jié)構(gòu)和工業(yè)造型。

2．合理方法通常三維造型的創(chuàng)建，基本按照“創(chuàng)建基本幾何形”、“轉(zhuǎn)換為不規(guī)則形體”、“調(diào)整基本元素造型”、“修改”等步驟，但是，實(shí)現(xiàn)一種形體并沒(méi)有完全固定的模式，或者說(shuō)可以有很多種方式來(lái)實(shí)現(xiàn)。那么究竟哪種方式才是最好的呢？我們可以從以下幾個(gè)方面來(lái)考慮：方便、精度、合理性和后期修改的方便度。能同時(shí)滿(mǎn)足這四個(gè)標(biāo)準(zhǔn)當(dāng)然是最好的造型方式，但事實(shí)上并不存在這么一個(gè)超級(jí)步驟，現(xiàn)有的所有造型方式在這四個(gè)標(biāo)準(zhǔn)上都有差異。例如那些方便的方法往往就沒(méi)有那么高的精確度，精確的方法往往在修改上非常不便等，所以要采用何種造型方式就需要根據(jù)所造模型的目的來(lái)選擇：三維動(dòng)畫(huà)由于其場(chǎng)景龐大且會(huì)有各種動(dòng)作變化，需要采用比較合理的造型方式；建筑環(huán)境設(shè)計(jì)需要嚴(yán)格按照?qǐng)D紙?jiān)O(shè)計(jì)的方案來(lái)實(shí)現(xiàn)效果，所以需要選擇更精確的造型方式，另外由于設(shè)計(jì)方案有可能需要進(jìn)行調(diào)整，后期修改也需要一并考慮；游戲場(chǎng)景和角色的制作則需要對(duì)造型高度概括以減少對(duì)設(shè)備機(jī)能的消耗，所以要選擇最合理的方式。所以說(shuō)，在三維數(shù)碼造型的創(chuàng)作中，沒(méi)有最好的步驟，只有最合適的步驟。