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浅谈使用MAYA制作机器人 摘要：模型是一个三维作品中非常重要的环节，没有一个好的模型，不可能完成一副好的作品。本文中介绍了MAYA的建模方式，多数应用的是多边形建模，曲面建模。而这里的例子主要使用的是多边形建模。模型是动画项目中核心的部分，只有开始的模型建得好、建得合理，才能让后续的工作变得顺利和轻松。这里以一个机器人来了解建模方法。另外还通过项目中的机器人模型，介绍了多边形建模的要点。除此之外还讲解了建模的技巧以及多边形建模需要注意的地方，并通过对例子的介绍进一步的去熟悉MAYA建模的方法，以及技巧。 关键词：MAYA建模；建模技巧；建模方法 引言 Maya是目前世界上最为优秀的三维动画的制作软件之一，是相当高尖而且复杂的三维电脑动画软件，它是Alias|Wavefront公司在1998年才推出的三维制作软件。被广泛用于电影、电视、广告、电脑游戏和电视游戏等的数位特效创作。曾获奥斯卡科学技术贡献奖等殊荣。2005年10月4日，生产3D Studio Max的Autodesk(欧特克)软件公司宣布正式收购生产Maya的Alias。所以Maya现在是Autodesk的软件产品。它的应用领域主要包括四个方面；一、平面图形可视化，它大增进平面设计产品的视觉效果，强大功能开阔平面设计师的应用视野，二、网站资源开发，三、电影特技（蜘蛛侠、黑客帝国、指环王等等），四、游戏设计内容：MAYA软件在影视动画行业有广泛的运用。 一、MAYA建模介绍 1.1 建模之前的考虑 其实在建造一个模型之前，我们心里要仔细思考它的结构，要对这个模型要有一定的了解，如果对自己要建造的模型一概不知的话，那建造出来的模型会不够真实，会缺乏细节。建模有很多种方式， 如基础模型：基础模型是多边形模型，随后它将被转化成细分表面模型。可以使用Maya的Convert Poly to Subdivision Surface命令来完成。 多变性模型：多边形模型的英文是polygons，的细分表面模型。不管你使，NURBs、多边形还是细分表面，它们都各有优缺点。但是，如果要制作一个复杂的模型，多边形技术比NURBs技术要有优势。 首先，多边形技术既综合建模能力较强，又可以得到象NURBs模型一样的平滑表面，而无需象NURBs模型那样，需要进行复杂的编辑工作，才能维持各个面片之间的连续性。 其次，多边形建模技术可让整个模型保持为整个模型表面的同时，仍然拥有非常复杂的细节。这可以大大简化随后的角色装配和贴图绘制工作（当然，如果需要，也可以把模型分成若干个部分）。比如，可以使用一张UV贴图覆盖整个模型表面。而不象NURBs模型那样，要为每个模型面片分配UV贴图。在细分表面模型上，既可以任意地布置网格线的拓扑结构，也可以专门定制它们，使得整个模型得到最大的优化，而不象NURBs模型那样比较难于控制。这种优化的直接结果就是，模型比较简洁。在这里，简洁的含义就是这个模型的数据量比较小。经过特别设计的模型网格拓扑结构还可以使模型表面产生比较平滑的变形结果，而不象NURBs模型那样需要很密集的模型面片。最后，又可以通过较高的细分层级修改细节。而不象NURBs模型那样任何对细节的修改，都会影响到整体的形状和网格线拓扑结构。 1.2尽量是4边面 尽管许多软件都能够对具有3边或者5边多边形面片构成的模型进行渲染，但是尽量使用4边多边形仍然不失为一种最好的选择，有时甚至是必需的。因为在进行计算时，大多数的软件都使用Catmul-Clark算法，但是对于具有3边或者5边多边形面片构成的模型，计算结果并不完美。对于Maya软件来说，尽管它可以对具有3条边以上的面片构成的细分表面模型进行计算，但截止到目前为止（2003年11月），Mental Ray渲染器还只能对基础网格（细分层级为1）为4边形面片的细分表面模型进行渲染（Mental Ray渲染器已经是Maya的内嵌渲染器）。 使用这种带有奇数边的多边形表面所带来的第一个问题就是表面的平滑问题，在生物模型或者一些需要圆滑表面的模型上，三角形面片（三边多边形）会引起褶皱，而5边面片会稍好一些，但也不是很完美。明白了上面存在的问题后，就可以对其加以利用，使最终结果尽量好一些。现在，我们将基础模型转换成细分表面模型，然后在此细分表面模型的细分层级1上，分析一下会有什么样的结果。假设建一个手臂模型模型代表人体上臂中的一段，上面一段表示鼓起的二头肌；它下面的平坦区域表示二头肌下面向内凹陷的区域，在此区域分别放置了一个3角形面片和一个5边形面片。所以在基础模型上，尽量不要让三角形面片出现。要想去除三角形面片，我这里提供一种方法，我们知道，在一个对称分布的几何体上，不论上面有什么形状的面片，它们的总数总是偶数。假设上面有2个三角形面片并列放置，可以通过编辑工作让它们共享同一条边，然后删除共享边而得到4边形面片。理论上说，只要三角形面片的数目是偶数，我们就可以通过这种将它们放置到一起的办法来处理。但是在实际工作中，情况并不那么简单，如果在一个模型上，2个三角形面片相隔的很远，要想将它们最终放置到一起，你可能需要大量的编辑工作，甚至还会改变整个模型的拓扑结构。遇到这种情况时，要想到最终转换成细分表面模型时，使用不同形状的的面片仍然可以产生同样的拓扑结构。 另外一种避免产生3角形面片的方法是：尽量不要让它们在开始阶段出现。比如可以使用挤压命令来创建初始模型（我将在以后详细介绍这种方法）。用一个立方体作为开始，使用挤压（Extrude）命令逐步添加细节，就可避免三角形面片的出现。 只要使用上面的方法，就可保证由基础模型转化而来的细分表面模型可以用于 Mental Ray渲染器。 最后，我还要提醒大家注意模型上的极点问题。所谓极点，就是模型上三条边汇聚在一起的那些控制点。上面显示的是一个带有极点和5边形面片的基础模型和由它转化而来的细分表面模型，可以看到，最终的细分表面模型上仍然存在着极点。下面显示的是没有极点的基础模型由它转化而来的细分表面模型，可以看到，最终的细分表面模型上没有极点，我推荐使用这种拓扑结构，因为变形模型表面时，它可以得到更满意的结果。 制作出的模型既要简洁又要容易装配。这句话的意思就是说，模型上不应该出现一些相互交叠的面片，这为将来绘制关节的权重以及控制变形的范围会带来很大的困难。出现相互交叠的面片会导致这样几个问题：1、为分配UV坐标及贴图工作带来困难。2、为将来添加一些变形控制器时带来困难。3、会导致一些意想不到的变形效果。 俗话说：“条条大路通罗马”，如果这个“罗马”就是模型上的拓扑结构的话，那么“条条大路”就是建模过程中的所使用的各种方法。最重要的是最终结果，但是结果的产生则要艺术家的才能和使用各种方法的熟练程度。不同的软件都有其各自的优势，这要根据它们的所提供的工具和用户界面而定。 Maya提供了非常强大的建模工具，甚至还可以使用它提供的变形工具来帮助建模工作。至于每个个人，你可以只使用最有限的工具来完成工作、也可以依*一些非常强大的工具、还可以平衡使用各种各样的建模工具。在学习Maya的建模工具时，我的建议是先熟悉老的工具，在学习新的工具，循序渐进，一点一点地增加你的知识。其实，只使用很少量的一套工具，就可以非常有效地完成建模工作。 1.3建模的几种方法 我要介绍的第一种建模方法是逐一地创建多边形面片，从而构建出一个整体模型的方法。尽管这种方法不是最快速的但却是非常有效的。使用这种方法时，先用Create Polygon Tool创建一个多边形面片，然后可以使用extrude edges命令添加多边型面片，使用Append Polygons命令等填补空洞等。还可以使用extrude face命令、split polygon命令等等。再结合使用移动工具、旋转工具和缩放工具、duplicate命令、combine和merge vertices命令以及所有你需要的工具。我就是使用这样的方法进行建模工作的。但是，非常重要的一点就是你必须从一开始就仔细考虑好模型的拓扑结构。事先计划好一些事情会节省你大量的时间。 第二种方 法是挤压法，或者叫方盒建模法。这种方法也不需要使用太多的工具。首先创建一个多边形立方体，使用extrude face命令挤压相应的面片，用移动或缩放工具沿X轴的正、负方向编辑、修改，直到满意为止。这种方法的特点是快速，并且能保证所有的面片都是4变形面片，所用到的工具也很少。此外还有一个非常有用的脚本工具spinfaces.mel可以给你很大帮助。这个工具可以让你选择一些具有共享边界的多边形面片，旋转共享边界的方向，帮你修改编辑模型的拓扑结构。当然你也可以只使用Maya提供的工具，删除共享边界，用split polygon tool重画边界来达到同样的目的，只不过稍微麻烦一些。 第三种方法叫做自适应式建模法。如果你对Maya的工具有比较全面深入的了解，这种方法的限制性最小。你可选择你最适合完成工作的工具来操作。建模的质量和速度则根据你对各种工具掌握的熟练程度和事先对模型拓扑结构的计划而定。唯一的限制是你对各种工具的熟练程度还有编写、开发Mel脚本工具的能力。 还有一种方法是使用Nurbs曲线作为开始，然后使用放样工具（Lofting）构建初始模型，这是一种非常有效的方法。如果你最终的目的是将它转换成细分表面模型，你就不必过多地考虑Nurbs模型的连续性问题，只把注意力集中在拓扑结构上。你甚至可以在这种模型上留下一些空洞区域，这在将来转换成多边形模型或者细分表面模型后很容易修补。还可以将原始的Nurbs曲线保存起来，为以后构建类似的其他模型作参考。但是这种方法的一个问题是，在模型的某些区域上会有过于密集的网格线，而实际上却并不需要如此，对于Nurbs模型来说，这是一个经常要碰到的问题，因为在Nurbs模型上，在某些区域经常需要较多的等参线才能维持表面的连续性。这样制作出来的模型并不是在拓扑结构上最优化的模型，但优点是可以使模型表面的面片总数较少。 二、机器人的建模 2.1机器人身体和头建模 先看下最后完成的基本模型，其实对于这机器人，我已经非常熟悉了。这个机器人是用一些平时我们总能看见的家用电器和学习用品等等搭建起来的，看起来很有创意。在网上收集一些参考素材，就开始我们正式的建模了。 根据照片上面的实物我们可以拆开来制作，我选择从身体开始制作。身体是选择的一个盒子，增加了它的分段数，并在胸前那里做了小装饰和类似电箱，并把中间进行了挤压和缩放做出了整体的大型，这时开始使用倒角或加环形线来卡边，使模型更加美观。（图21）。 图2-1 身体大型做好之后我利用了maya中自带的文字做出电表的效果，侧面做出了老式音响的喇叭和手摇柄给以装饰。 接下来要做的是头部，头部用的是一个立方体，同样增加它的分段数，把它作为一个现代的音响来建模，先是定好嘴的位置，之后利用挤压和缩放工具来把嘴做出来，眼睛单独来看就是个摄像头吗，用的也就是一个圆柱切开挤压缩放然后再不断的调整，还有小装饰是必不可少的，这样看起来会更加真实一些。图（2-2） 图2-2 2.2机器人腿部和脚的建模 接下来要做腿的部分，（图2-3）这一部分做起来是很简单的，其实就是我们平时常见的手电筒，我们分为三部分来制作，先来创建个圆柱。将他上下面删掉，这里说一下没有的面就删了不然会给以下UV贴图带来不必要的麻烦，然后我再来看上面的部分创建螺旋在螺旋中间加上一个圆柱就可以出来这样的效果了，下面的手电筒照明部分就是加线然后进行一个0.1的倒角，调整大小，缩放调整出想要的形状。然后创建个球切掉半个球，调整段数为8，来制作手电筒的后盖。直接放上去会显得生硬，可以用个小圆柱两边挤压一下来连接接手电筒后盖。最后就是手电筒的开关了，这个不难，创建盒子加线来调整想要的形状，中间用盒子圆滑两次在用缩放工具压扁些就可以当做按钮了。 图2-3图2-4 下面接着看脚，就是我们的学习用品吗，订书器这个是都常见的，（图2-4）创建盒子选择线把上面的4条线缩放，在中间加循环边线调整，然后把所有的边都倒角调整出订书器底座的形状。上半部分也是用盒子加线挤压调整卡边，知道出来相视的形状为止，连接的穿肖是用圆柱挤压出来的。 2.3机器人手和胳膊建模 下面接着做手的部分，手我用了盒子，进行挤压，修改外形做出机器手的大体形状，（图2-5）然后对手进一步调整，因为是机器人吗我做了4个手指，我在手上面复制面来做皮革手套，加以调整，手指用盒子把上下面删掉然后圆滑一下就出来指尖的形状，这个看上去好比黑色胶布粘着电线的感觉。手腕就是圆柱调整点删除没用的上下面加环线进行倒角缩放来调整形状。这些做完还是不好看，在把手上添加一些装饰，创建球删掉一半缩放来制作出小铆钉的形状，铆钉正好铆在小铁片上这样会更加美观些。 图2-5 下面来制作胳膊，也就是机器人身上的电线制作，先用NURBS创建圆柱一个然后调整好圆柱的走向，在创建CV曲线，先选择圆柱上的曲线在加选CV曲线，点击挤出命令，这样骨骼就出来了，调整想要的形状，外边的电线包裹着里面的骨骼，手指上的电线都是相应这样做出来的，只是调整时麻烦了点，注意电线走向要美观，类似手臂的形状。 2.4 拼装出完整的模型 做好这些之后，机器人模型基本上就完成了，剩下的就是把之前所做的部分零件拼装起来，加以调整一个模型就