建立可信的人頭模型

一、簡介
建立可信的人臉 ， 是每一個三維藝術家的最終目標之一。但是要獲得真實和自然的作品需要我們在每一步都做到最好，包括資料的收集、模型的規劃、紋理的繪製和最後的渲染等等。在這篇文章中我講解研究建模的過程，談論如何使用Maya或其它工具怎麼一步步的完成模型。如：工作的流程、建模的不同方法、拓補的結構、常見的錯誤等等。

二、開始建模前的準備
在進入建模之前，我研究了怎樣獲得好的參考圖片或是繪製的概念圖。這些東西對我們後期的建模有非常重要的作用，參考圖片和概念圖的質量將直接影響到我的模型的準確性。如果我們在這個過程中犯了錯誤，那將在建模的時候遇到很多問題，可能我們模型會在匹配正麵的圖片，但側麵確看起來不是那麼回事。這些錯誤將耗費我們大量的時間去修改。

如果我們要使用真人的照片來做參考，那麼照片的角度是非常重要的，否則我們的模型將是錯誤的，而我們會不得不花費大量的時間來調整。另外我們也要考慮到照相機的焦距，焦距越長越接近我們參考模型用的視角。然而從理論上說因為視角的變化我們得到的照片總是和真人有區別的，我們參考圖片做冊模型會比真人略胖，當然這個問題可以通過後期的修改來解決。另外我們還需要考慮圖片上燈光，太亮或太暗的光線的圖片會隱藏很多細節，所以我們不能使用。

比較差的參考圖片，盡量不要使用下麵這樣的圖片

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比較好的參考圖片

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在Maya裏建立參考圖片因為視角的差異，我們無法直接從照相機獲得直接用於Maya的參考圖片，我們應該在Photoshop中進一步修正我們需要的圖片。

下麵的正側麵細節不能匹配

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我們通過修改讓圖片匹配

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三、布線的規劃和拓補
在建模前，我們需要對模型的布線進行規劃，否則我們將獲得很多不必要麵、三角麵或是超過四邊的麵等等。在一開始我們可以勾勒出頭部的主要形狀，然後以邊為基礎製作良好的拓補結構。

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為什麼要這麼做？
因為好的拓補結構一方麵決定了頭部的主要特征，另一方麵也可以讓頭部特寫動畫和表情動畫更加準確和真實。如果我們搞砸了頭部的拓補，那麼會讓我們的動畫看上去很不真實和自然。另外好的拓補結構也可以讓我們用更上的麵來表現真實自然的頭部模型。

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三點一：人臉的拓補

那麼什麼是好的拓補？我們怎樣才能知道什麼是好的什麼什麼是壞的？為了回答這個問題我們應該先去看看人頭的解剖。應該看下人頭的形狀、肌肉和頭骨的組成、鼻子和嘴唇肌肉的折疊。

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圖上的這些肌肉能夠幫助我們確定形狀或是表麵的拓補，我們應該盡量了解它們。它們是麵部表情的主要來源。

麵部的肌肉是如何工作的：
我們可以想象是一個泡沫躺在一個有厚厚橡膠板的桌麵上。當我們拉起一部分時候會表麵會形成皺紋。

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因此，我們說形成拓撲的基礎是是麵部的肌肉，這需要我們去好好了解肌肉和麵部解剖學。但是我們製作的模型不可能是完全真實的，如果試圖去製作每塊肌肉和皺紋，這將導致我們的製作工作進入活胡同。我們最好適當的誇張圖片上的皺紋。

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三點二：拓補
這是我們應該如何對參考圖像進行拓撲結構素描基本的例子。
紅線是主要的皺紋

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藍線是邊的布置

在解剖上人類的麵部結構的99%是相似的，拓補不會發生重大的變化，所有下麵這些好的和壞的例子都可以分析和參考。

好的

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壞的

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三點三：建模的規則
人臉的建模也是有規則的，簡單歸納一下：
1、盡量使用少的麵製作模型
2、盡量使用四邊麵，必要的時候也可以使用三角麵，隻要不影響動畫。
3、盡量避免五星或多星，實在無法避免就把它們放置在不容易看到的位置。

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4、四邊麵盡量保持豐滿的四邊正方形，減少菱形或細長的麵。
5、邊最好不要橫跨表麵，最壞的情況是邊正好和表麵成45度的交叉，如下圖：

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越是的多的邊和麵越是能讓我們的模型更真實，但是多的麵讓我們很難編輯模型，比較合理的方法是：製作兩個級別的模型。使用高級別的模型的細節生成法線和置換貼圖，然後賦予低級別的模型。#p#e#

四、建模
建模沒有固定的規則，有很多的方法，每人都可以采用自己認為舒適的方法，下麵是一些我知道的方法：

四點一：多邊形建模
多邊形建模是目前最流行最基本最直接的建模方法，它有多種不同的開始方式。.

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如圖，這是從原始的形狀開始（可以是立方體、也可以是球等），圖上就是通過修改原始的立方體來獲得人頭的的基本網格，然後再在增加更多的邊和麵來製作眼睛、鼻子、嘴等……。

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從曲線開始，有的人喜歡從曲線開始，通過參考圖片的參照形成基本的頭部網格，分別擠出其它部分後，最後成為完整的臉部模型。

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從平麵（Plane）開始，利用平麵粗略的拓補切割加線，一旦形成基本的拓補結構後，配合側麵的參考圖片拉點，最後形成麵部的模型。#p#e#

四點二：細分建模

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 這也可以被稱為多邊形建模，沒有多少人選擇這個方法。一開始它同樣也是多邊形來製作基本的模型，當完成後通過細分層級來製作更多的細節，在編輯的過程中我們可以來回的編輯不同的頂點。它的優點是層極結構的工作流程，當我們需要改變頭部基本形狀時可以輕鬆編輯第一級的頂點，而不用受高細節級別頂點的幹擾。另外低級別時模型的拓補不需要非常完美，我們可以在高級別來修正，而且不會丟失任何細節。

四點三：Nurb建模

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 Nurb用來製作汽車摩托車等是非常強大的。但是如果用來製作頭部模型或是其他的有機物，需要取決於我們對Nurb工作流程的善於使用和熟悉。通常我們將Nurb製作基本的人頭模型，然後將模型轉為多邊形或是細分來進一步製作。#p#e#

四點四：ZBrush/Mudbox造型建模

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 ZBrush/Mudbox造型建模是人頭模型製作的另一個方法，我們可以用Z球或是其他任何粗糙的基本人頭模型開始，然後進行雕刻和補充細節，當我們滿足模型的細節後，我們可以使用拓補工具創建一個級別低的模型，並且和高級別模型特征基本相同。
這個方法的優點是我們可以使用數百萬的麵來製作模型，而且在建模時隻考慮模型的製作而不去考慮拓補，可以先建模後拓補。此外高細節的模型可以用來生成法線、置換等貼圖來用在後麵的流程裏。

缺點是需要大量的時間，我們需要製作高細節的模型也需要製作低細節的模型，另外還需要有良好的雕刻技能 ，良好的造型能力，當然我認為這些缺點不能稱為缺點。這是非常好的方法，現在很多人都在使用。

說一下我自己的建模流程：用Maya製作基本的頭部模型，然後使用ZBrush雕刻，使用拓補製作低級別模型並輸出，並使用ZBrush輸出法線和置換貼圖。#p#e#

五、常見的錯誤和技巧
盡管我們使用了不同的建模方法，但是有一些常見的錯誤需要我們注意

五點一：眼區

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眼睛是心靈的窗戶，它是2D和3D中最重要的部分，觀眾總是首先看角色的眼睛，它讓角色的臉部具有鮮明的性格特征。我們需要在眼睛部分花去額外多的時間。
眼瞼如果直接和眼球相交看起來不是很自然。我們需要在眼瞼和眼球相交的地方形成一個厚度。如圖藍線畫出來的部分。

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 眼睛的眼角必須通過建模製作出來，否則會看上去形成一個洞。最好和眼區做成統一的的網格。.

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 上眼瞼的建模也經常有人會犯錯誤，直接在眼區周圍做一圈直接環線，而實際在，並不是一圈環線，在眼角的部分有一個小麵打破了這圈環線。

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 從遠距離看這些細節並不明顯，但是一旦靠近觀察，這些細節將讓眼睛更加真實和深情。#p#e#

五點二：眼球
先來看一下比較差的眼球模型

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 真實的眼睛照片

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 眼球是經常被低估的模型部分，他們通常隻用一個球體來表現眼球，這讓眼睛看上去象機器人的眼睛。而現實中我們可以看到眼球是在眼睛更深的部分並有反射。我們仿照真實眼睛的解剖，使用兩個不同的模型來表現眼球。這兩不部分可以是角膜和眼睛球。

角膜是一個球體，它是透明的，中心部分有更大彎曲，在上麵有高光、反射甚至折射。眼睛球也是一個球體，但是中心向內凹，形成虹膜；這樣可以讓我們的眼球更加真實可信。

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在眼球和眼瞼之間的眼水部分也可以建模，讓我們的眼球更真實。

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五點三，眼淚和睫毛
人的下眼睫毛少於上眼睫毛，內眼角的淚腺也是眼睛重要的組成部分。

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我發現很多人喜歡用平麵紋理來模擬睫毛，這樣會讓睫毛顯示的很平，效果不好。也有的人喜歡用毛發係統或發毛插件來做睫毛，這樣的效果也不好，最好的方法還是使用多邊形來製作睫毛。多邊形眼睫毛有更好的外觀和更好的陰影。

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我們可以使用Maya的毛發係統或是插件先來製作睫毛，然後將他們轉為多邊形。我使用Maya的paintFX來製作睫毛，然後將他們轉為多邊形。同時我也保存一份paintFX來製作睫毛，這樣我可以隨時修改睫毛的參數。#p#e#

五點四 鼻子和嘴唇
鼻子和嘴唇在臉上都是最微妙的形狀，要想做好關鍵在於了解這兩個部分骨骼和肌肉的形式。

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下麵這些圖片展示了這兩部分好的模型拓補。

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下麵是比較差的鼻子和嘴的拓補

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五點五：下巴
下巴方麵我們應該采取方形區域連接邊線的結構，這樣我們可以更容易的調節下巴的結構。下巴的邊緣線應該終止在耳朵的位置，這樣可以讓我們的下頜骨看上去更漂亮。

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五點六 耳朵
耳朵是個棘手的部分，它有大量的螺旋的形狀，如果不注意會用去大量的麵。通常的做法是將耳朵單獨製作，然後再調整來適合整個臉的拓補。在縫合頭和耳朵的時候可能會有一些三角麵，但是不容易看到，所以這沒有什麼關係。另外單獨製作的耳朵模型可以用於各個頭部。

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六、優化
時刻記著，我們現在的模型是否適合後麵的流程，在進入下一個步驟前多花時間檢查模型的拓補。讓我們的工作在後麵變的更容易。
盡可能的保持模型左右對稱，除非臉左右有很大的的區別，這樣可以方便展UV。

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總結：
人臉建模是3D圖形的共同話題。 可以說人臉建模是簡單的，但困難在於真實的細節和形狀的和諧。有時一個小小的變化可導致巨大的差異，有時也很難評估臉上的表情對還是錯。如果看起來不對，這部分又應進行怎麼樣的修改？一個真實成功的人臉模型 ，取決於紋理，著色和照明，但如果沒有一個真實的模型基礎，永遠無法成功做出真實的人頭模型。