多边形建模汽车

    深入，先进的3D建模指南，使用多边形建模软件为汽车和产品创建高质量的3D几何和反射。由ILM和LucasArts CG艺术家Ali Ismail发布。

    与大多数3D建模教程不同，Ali Ismail的指南 - 在这里由其作者提供 - 提供了具体的信息，用于实现高质量的表面和反射，适用于汽车和产品设计可视化。它还对NURBS和多边形/细分几何之间进行了有趣的比较，包括技术评论，这对于充分理解每种技术的潜力和局限性至关重要。这不仅仅是一个快速的延时视频，也不是一步一步的指南 - 它是针对中级和高级建模人员的深入讲座。我们建议您将页面加入书签，研究并在需要时再回头查看。再次感谢Ali Ismail分享他的知识并让我们在这里重新发表他的文章。

介绍
    本教程将介绍如何创建具有高质量曲率的多边形网格，以产生更好的反射。
    具有建模复杂多边形硬表面（如汽车）但希望更好地掌握该主题的经验的艺术家将受益于本教程的内容。希望它还能让您了解创建汽车模型所涉及的挑战，以及为什么许多人更愿意使用NURBS来完成此任务。通过使用车身的例子，您可以将相同的原理应用于任何反射物体，无论是船，未来概念火车还是精致的水龙头。
    虽然这是一个汽车建模教程，但它不会详细介绍创建网格的基本过程，特定工具或匹配参考比例，我认为它们更适合一般建模或硬表面建模教程，你应该注意本教程所涉及的质量水平与渲染具有连续反射条纹的对象有关。如果你所追求的是一个反映HDR天空环境的物体而你不介意一些反射扭曲，那么未经训练的眼睛将无法捕捉到，那么这不适合你。
    创建本教程的一个原因是我多年前创建的另一个教程，当时我开始使用3D图形（制作梅赛德斯S600（PDF 7.0MB））。我觉得有必要采取后续行动深入了解汽车建模的复杂性，并列出区别于任何其他类型3D建模的基本原则。

A级表面处理
    也许，车身最大的定义特征是它具有反光性！高度反射的表面清晰地暴露您的模型曲率，与磨砂对象不同。想象一下镜子上的凹痕或凹凸与尘土飞扬的木柜相比。（注意：对于本教程的所有意图和目的，您可以将A类表面定义为表面，它可以很好地反映出来。）
    如果您进入实际制造的汽车或工业建模，您将使用类似于Autodesk Alias或Rhinoceros 3D的NURBS建模软件，您必然会遇到容差和连续性等术语。所有工业技术细节都把我们感兴趣的东西放在创造汽车渲染上，是连续性，指的是反射在表面上的连续性。
位置连续性（G0）：表面对齐，中间没有间隙。
切向连续性（G1）：表面之间没有尖锐的边缘。
曲率连续性（G2）：曲面与高光混合在一起，就像它在一个表面上一样。
曲率变化率（G3）：它更加混合，但差异非常小，几乎不可察觉。


回到多边形
    将表面带回任何多边形建模软件，我们可以尝试使用非常简单的几何图形复制相同的曲率，并应用典型的Catmull-Clark细分并使其与原始图像有些接近。

在3ds Max 2010中下载场景OBJ（右键单击并将目标另存为）

    现在，仅仅因为我们可以得到多边形的近似值并不意味着我们正在创建精确的反射连续性。如果您自己尝试或打开上面的场景，您会发现将NURBS曲面与Catmull-Clark细分网格匹配是多么困难，因为两者使用的算法非常不同。请注意，我们没有测试复杂的表面。我们可以从上述所有信息中得出结论，即反射很重要，即使少量移动顶点或循环也会对结果产生很大的影响。

惊恐的事件！
    下面是汽车渲染的特写镜头，任何有多边形渲染汽车经验的人都会熟悉这一点。

    所以，你有一个漂亮的网状物具有漂亮的边缘循环，你想在室内环境中进行高分辨率渲染。令你沮丧的是，你面临着波浪和锯齿状反映出的困境。您可以尝试通过将反射框移近网格来减少其效果，使其几乎成为漫反射纹理，但如果您正在进行动画，您希望高光扫过车身。没有绕过它，除非你在复合中进行非常耗时的旋转[rotoscoping，即在后期制作过程中去除/遮蔽缺陷]并基本上绘制动画长度的反射。如果您有一个好的模型，那么所有这一切都可以避免。
    上面的一些工件可能是由于略微错位的顶点，但在大多数情况下，原因更加微妙。请注意这个效果：

    因此，当您可以看到一个极点时，一个简单的切割甚至一个边缘循环可能会在反射中产生相当多的伪影。

    下面是一些车身的例子，这些车身具有“干净”的拓扑结构，但在反射中却表现出相似的波纹或锯齿状。

工具提示：
3ds Max：要在视口中以交互方式查看反射贴图，请在“视口中显示材质”下的“视图”菜单中选择“带有贴图的真实材质”。如果您想在3ds Max中进一步探索实时功能，可以查看Laurens Corijn和Robbert-Jan Brems的Xoliul Shader。

根本原因
如果你拿一个立方体，细分它，你会得到一个接近球体的东西。 （Catmull-Clark细分）


下面您可以看到在网格（或顶点到边缘）中创建切割并将其细分时曲率如何变化的示例。


    它以这种方式行事是很自然的。但这当然解释了为什么创建一个额外的循环或切割可以改变曲率或扭曲它，以及为什么很难用良好的反射模拟多边形网格。当我们开始达到多边形建模限制时会发生这种情况，使用多边形无法完全避免这种影响，但可以在某种程度上减轻这种影响。在NURBS中设计的具有A级表面处理技术的模型显示出完美的反射，并且为车身面板创建模具的机器可以在物理上尽可能地追踪表面，从而产生可以将金属板压在上面的完美模具，从而形成表面足够精确，可以产生连续的反射。 CAD数据还具有所有螺钉和紧密配合机械硬件的精确公差。让我们希望稍后，通过适当的测量建模工具，混合和圆角以及可以解决这些问题的一些智能技巧，可以看到可以用于制造的新型细分曲面的集成。

解决方案
    你将在多大程度上减少这种影响取决于你，重要的是要牢记你的最终目标。您将决定是否要尽可能好地进行反射，或者是否要使用更干净的网格。你是为静止图像创建的吗？有多少张图片？你可以修复Photoshop中的反射缺陷，或者你在做动画吗？或者你只是喜欢模拟汽车，并有一个强迫性的驱动器，以制造完美的汽车，并坚持使用多边形！
    正如您将在本教程结束时发现的那样，如果您追求的是真正的A级表面车身，那么您最好坚持使用高端的NURBS建模工具。这并不意味着只需很少练习就无法创建反射良好的多边形网格。这个多边形网格可以派上用场，特别是当您需要为具有高多边形数量的视频游戏建模汽车时。在进入任何复杂的物体（如汽车）之前，最好先确保我们可以先制作简单的物品并查看一些实践。

提示＃1：使用尽可能少的顶点

    通过最少量的顶点可以轻松创建流动的反射并稍后编辑曲面。尽管我试图将表面的顶点放在右边，但我仍然无法获得与左边的顶点非常少的顶点相同的反射质量。

提示＃2：尝试均匀地分隔边缘循环或使用任何可用于顶点的曲线工具或使边缘循环密度的变化逐渐变化

    适当的边缘间距和定位顶点以遵循曲线可以极大地改善反射。在3ds Max中，您可以使用循环工具来执行此操作。

提示＃3：只有在完成表面并具有足够的细分后，才能在任何表面上进行任何修剪或切割

    在低多边形表面上进行的任何修剪都会使曲率发生剧烈变化，从而最大限度地减少伪影并作为损伤控制的衡量标准，在细分后进行修剪或切割将减少伪影。事实上，一旦你意识到这一点，你就可以更接近NURBS中的建模和思考。在NURBS中，修剪是该过程不可或缺的一部分。

    这种效果通常可以在汽车的门把手区域看到，其中多边形切口和所有精细细节都在低多边形网格上进行。我见过许多艺术家，他们将车门细分为比网格其余部分高一层或两层，然后制作饰边，以确保它们在汽车侧面有平稳运行的重要反射。

不支持循环
    3D建模 - 创建硬边的技术对于我将在本教程结尾处作为示例使用的最终网格，我确实添加了支持循环，但仅在最后。我建议的工作流程是一种添加到工具包中的方法，而不是硬表面建模的全部和最终结果。加速建模过程的一般方法，我不仅用于汽车或硬表面，而且还用于真正建模任何东西，是在开始时尽可能少地使用边缘循环并尝试免费获得支持循环通过使用硬边。手动添加支撑边缘循环不仅耗费时间，而且修改基础网格并专注于曲面的曲率将更加困难。OpenSubdiv可以轻松控制我们的折痕，但即使没有它，我们仍然可以使用硬边/折痕/平滑组保留我们的硬边缘，并在进行标准Catmull-Clark细分时保留硬边缘。这使我们能够以最小的努力塑造基本形式。

注意：在Autodesk OpenSubdiv宣传之前很久，我们有一个名为TurboSmooth Pro的插件由Marius Silaghi完成，它的功能基本相同。请查看他的网站以检查此插件和其他有趣且有用的插件。

工具提示：
    3ds Max：设置平滑组以定义曲面，然后添加带有平滑组的网格平滑/透视平滑，或者如果使用OpenSubdiv，则在“可编辑多边形编辑边”选项卡中手动创建边缘折痕值。我注意到3ds Max中的一些错误，如果使用平滑组，有时你会看到一个奇怪的细分工件，总是仔细检查网格并查看生成的线框，如果你发现任何错误，你可以通过删除表面并重建通过导出到OBJ并再次导入，多边形或作为安全措施。
    Maya：使用Mesh Tools菜单中的Crease工具并应用OpenSubdiv Subdivision类型或选择边缘，然后从Normals menuselect Harden Edge然后选择Smooth Options并使用Maya Catmull-Clark作为细分类型并确保Hard edges复选框是在保留标签下勾选。

混合表面
    理论上看起来都很好：在完成网格后使用很少的顶点，良好的间距和修剪，但是当你开始建模汽车时，你会发现它并不那么容易应用。汽车具有复杂的表面，曲率非常小心，表面在早期阶段进行修整，并与其他表面无缝混合。
    我并不是说你开始在单独的表面上创建你的网格，而不是针对你认为合适的多边形网格，但它有助于理解虽然它很容易创建自己正确反映的简单表面，但我们几乎总是被迫有复杂的可能会导致扭曲。

复制测试
    我在Alias Automotive中创建了一个简单的NURBS对象，它可以代表汽车中的轮拱区域并以最大值将其导入。您可以在下面看到我尝试在多边形中复制它。

    我试图精确匹配它并不成功;不仅如此，你还可以看到我无法创建与NURBS相同质量的平滑反射。

    回答克雷格基茨曼，他想知道在NURBS中创建一个表面是否有帮助，然后在多边形中重新进行重新拓扑。反应似乎是否定的。如果你在NURBS中创建它，你真的必须证明任何retopolgy过程，你可以简单地导入wire文件，或将其转换为任何格式到你喜欢的3D工具并直接从那里渲染它。如果你需要一个简单的网格实时使用;那么NURBS也无济于事，你最好省去你的努力，并在多边形建模软件中完成所有工作。这些多边形方法在创建概念和设计思想方面仍然非常有用，如果您在处理多边形方面经验丰富，可以快速创建基本形状并测试它们。

处理
    简单的希望改善多边形网格曲率，产生更好的反射，这使我们通过学习NURBS和不同细分方法的兔子洞。汽车/船/飞机机身非常复杂，许多表面相交和混合。请注意，即使您使用NURBS工具创建模型，也不会总是直接创建连续反射，特别是如果您的目标是A级表面质量，对于汽车;轮拱和支柱等某些区域需要一些练习。有时候通过严格的公差来实现G2连续性可能会像赢得彩票一样！在我没有形状或形式的情况下，我假装我们可以在多边形中创建G2或G3连续性，但我正在尝试创建一个可表示的反射表面，主要是在更大的部分，如汽车侧板，车顶和发动机罩，并避免扭曲很容易修复。
    我在这里展示的模型可以更好地创建。也许在这里或那里没有很少的边缘循环，并且我可以在更高的细分处制作更好的拓扑或者可能在一些更细分的区域进行一些修剪以避免反射伪像。也就是说，总而言之，我对我以前的车型所做的改进非常满意。

第1步 - 创建基础网格

这是迄今为止最重要的一步，它是你制造或打破它的地方。拓扑看起来很简单，但经过深思熟虑。

    在此阶段创建的网格看起来与您在低多边形数量的游戏中使用的网格非常相似。如果我添加了更多的循环，我甚至可以使用高质量的模型而不使用任何细分，只需仔细使用平滑组/硬边。

第2步 - 细分并进行流量检查

    在保留硬边的同时添加细分，或者尝试OpenSubdiv的折痕值，进行反射测试并不断返回基础网格，直到您完全确定网格质量处于您正在寻找的水平。

第3步 - 完成

    选择您认为修剪不会导致相当大的扭曲的细分级别（在您可以看到我选择的线框的下方），并开始添加修剪，细节和支撑循环。

请注意，一旦您添加修剪，您就无法返回到原始基础，也无法修改或更改任何内容。

阿喀琉斯之踵

只是指出我在这个网格中的几个“问题”区域，你可以直接从流检查反射图中检测到。

    这些看起来似乎微不足道，并且不重要，但正如您将在最终图像中观察到的那样，它们可能会产生相当大的影响。当然，这取决于反射/灯箱位置和摄像机角度，但如果碰巧有反射条纹穿过它将要显示的工件区域。

参考
    这是我用来渲染这辆车的参考图像。现在几乎所有的室内工作室汽车照片都被严格操纵，所以你无法完全确定你在汽车上看到的反射。然而，它们可以作为一个很好的指导方针。

给予
    你在这里看到，在我最后渲染的轮拱周围，你以前看过一个小小的神器，效果很明显，我不得不将它用于Photoshop，对于一个动画，我要么必须修复它，要么重做那个面板网格。基础水平。

参考
    除了3DTotal和CGFeedback论坛，它们非常适合检查已完成的作品和正在进行的论坛，您可以搜索专门用于汽车建模的网络论坛。我强烈推荐的两个网站是SMCars.net，特别是高级WIP部分，它有一些线程是3D汽车建模师的宝库，以及CarBodyDesign.com的3D教程部分。感谢您阅读本教程，我希望这里的部分信息对您有所帮助。如果您发现任何可以改进的地方，请给我发电子邮件。
注：该文章最初发布于aliismail.com，并在作者提供的Car Body Design上重新发布。
关于原作者
Ali Ismail是一位自由CG艺术家，致力于提高自己的技能。他有与ILM，LucasArts和Pixomondo合作的经验。