建立可信的人头模型

一、简介
建立可信的人脸 ， 是每一个三维艺术家的最终目标之一。但是要获得真实和自然的作品需要我们在每一步都做到最好，包括资料的收集、模型的规划、纹理的绘制和最后的渲染等等。在这篇文章中我讲解研究建模的过程，谈论如何使用Maya或其它工具怎么一步步的完成模型。如：工作的流程、建模的不同方法、拓补的结构、常见的错误等等。

二、开始建模前的准备
在进入建模之前，我研究了怎样获得好的参考图片或是绘制的概念图。这些东西对我们后期的建模有非常重要的作用，参考图片和概念图的质量将直接影响到我的模型的准确性。如果我们在这个过程中犯了错误，那将在建模的时候遇到很多问题，可能我们模型会在匹配正面的图片，但侧面确看起来不是那么回事。这些错误将耗费我们大量的时间去修改。

如果我们要使用真人的照片来做参考，那么照片的角度是非常重要的，否则我们的模型将是错误的，而我们会不得不花费大量的时间来调整。另外我们也要考虑到照相机的焦距，焦距越长越接近我们参考模型用的视角。然而从理论上说因为视角的变化我们得到的照片总是和真人有区别的，我们参考图片做册模型会比真人略胖，当然这个问题可以通过后期的修改来解决。另外我们还需要考虑图片上灯光，太亮或太暗的光线的图片会隐藏很多细节，所以我们不能使用。

比较差的参考图片，尽量不要使用下面这样的图片

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比较好的参考图片

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在Maya里建立参考图片因为视角的差异，我们无法直接从照相机获得直接用于Maya的参考图片，我们应该在Photoshop中进一步修正我们需要的图片。

下面的正侧面细节不能匹配

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我们通过修改让图片匹配

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三、布线的规划和拓补
在建模前，我们需要对模型的布线进行规划，否则我们将获得很多不必要面、三角面或是超过四边的面等等。在一开始我们可以勾勒出头部的主要形状，然后以边为基础制作良好的拓补结构。

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为什么要这么做？
因为好的拓补结构一方面决定了头部的主要特征，另一方面也可以让头部特写动画和表情动画更加准确和真实。如果我们搞砸了头部的拓补，那么会让我们的动画看上去很不真实和自然。另外好的拓补结构也可以让我们用更上的面来表现真实自然的头部模型。

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三点一：人脸的拓补

那么什么是好的拓补？我们怎样才能知道什么是好的什么什么是坏的？为了回答这个问题我们应该先去看看人头的解剖。应该看下人头的形状、肌肉和头骨的组成、鼻子和嘴唇肌肉的折叠。

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图上的这些肌肉能够帮助我们确定形状或是表面的拓补，我们应该尽量了解它们。它们是面部表情的主要来源。

面部的肌肉是如何工作的：
我们可以想象是一个泡沫躺在一个有厚厚橡胶板的桌面上。当我们拉起一部分时候会表面会形成皱纹。

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因此，我们说形成拓扑的基础是是面部的肌肉，这需要我们去好好了解肌肉和面部解剖学。但是我们制作的模型不可能是完全真实的，如果试图去制作每块肌肉和皱纹，这将导致我们的制作工作进入活胡同。我们最好适当的夸张图片上的皱纹。

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三点二：拓补
这是我们应该如何对参考图像进行拓扑结构素描基本的例子。
红线是主要的皱纹

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蓝线是边的布置

在解剖上人类的面部结构的99%是相似的，拓补不会发生重大的变化，所有下面这些好的和坏的例子都可以分析和参考。

好的

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坏的

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三点三：建模的规则
人脸的建模也是有规则的，简单归纳一下：
1、尽量使用少的面制作模型
2、尽量使用四边面，必要的时候也可以使用三角面，只要不影响动画。
3、尽量避免五星或多星，实在无法避免就把它们放置在不容易看到的位置。

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4、四边面尽量保持丰满的四边正方形，减少菱形或细长的面。
5、边最好不要横跨表面，最坏的情况是边正好和表面成45度的交叉，如下图：

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越是的多的边和面越是能让我们的模型更真实，但是多的面让我们很难编辑模型，比较合理的方法是：制作两个级别的模型。使用高级别的模型的细节生成法线和置换贴图，然后赋予低级别的模型。#p#e#

四、建模
建模没有固定的规则，有很多的方法，每人都可以采用自己认为舒适的方法，下面是一些我知道的方法：

四点一：多边形建模
多边形建模是目前最流行最基本最直接的建模方法，它有多种不同的开始方式。.

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如图，这是从原始的形状开始（可以是立方体、也可以是球等），图上就是通过修改原始的立方体来获得人头的的基本网格，然后再在增加更多的边和面来制作眼睛、鼻子、嘴等……。

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从曲线开始，有的人喜欢从曲线开始，通过参考图片的参照形成基本的头部网格，分别挤出其它部分后，最后成为完整的脸部模型。

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从平面（Plane）开始，利用平面粗略的拓补切割加线，一旦形成基本的拓补结构后，配合侧面的参考图片拉点，最后形成面部的模型。#p#e#

四点二：细分建模

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 这也可以被称为多边形建模，没有多少人选择这个方法。一开始它同样也是多边形来制作基本的模型，当完成后通过细分层级来制作更多的细节，在编辑的过程中我们可以来回的编辑不同的顶点。它的优点是层极结构的工作流程，当我们需要改变头部基本形状时可以轻松编辑第一级的顶点，而不用受高细节级别顶点的干扰。另外低级别时模型的拓补不需要非常完美，我们可以在高级别来修正，而且不会丢失任何细节。

四点三：Nurb建模

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 Nurb用来制作汽车摩托车等是非常强大的。但是如果用来制作头部模型或是其他的有机物，需要取决于我们对Nurb工作流程的善于使用和熟悉。通常我们将Nurb制作基本的人头模型，然后将模型转为多边形或是细分来进一步制作。#p#e#

四点四：ZBrush/Mudbox造型建模

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 ZBrush/Mudbox造型建模是人头模型制作的另一个方法，我们可以用Z球或是其他任何粗糙的基本人头模型开始，然后进行雕刻和补充细节，当我们满足模型的细节后，我们可以使用拓补工具创建一个级别低的模型，并且和高级别模型特征基本相同。
这个方法的优点是我们可以使用数百万的面来制作模型，而且在建模时只考虑模型的制作而不去考虑拓补，可以先建模后拓补。此外高细节的模型可以用来生成法线、置换等贴图来用在后面的流程里。

缺点是需要大量的时间，我们需要制作高细节的模型也需要制作低细节的模型，另外还需要有良好的雕刻技能 ，良好的造型能力，当然我认为这些缺点不能称为缺点。这是非常好的方法，现在很多人都在使用。

说一下我自己的建模流程：用Maya制作基本的头部模型，然后使用ZBrush雕刻，使用拓补制作低级别模型并输出，并使用ZBrush输出法线和置换贴图。#p#e#

五、常见的错误和技巧
尽管我们使用了不同的建模方法，但是有一些常见的错误需要我们注意

五点一：眼区

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眼睛是心灵的窗户，它是2D和3D中最重要的部分，观众总是首先看角色的眼睛，它让角色的脸部具有鲜明的性格特征。我们需要在眼睛部分花去额外多的时间。
眼睑如果直接和眼球相交看起来不是很自然。我们需要在眼睑和眼球相交的地方形成一个厚度。如图蓝线画出来的部分。

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 眼睛的眼角必须通过建模制作出来，否则会看上去形成一个洞。最好和眼区做成统一的的网格。.

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 上眼睑的建模也经常有人会犯错误，直接在眼区周围做一圈直接环线，而实际在，并不是一圈环线，在眼角的部分有一个小面打破了这圈环线。

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 从远距离看这些细节并不明显，但是一旦靠近观察，这些细节将让眼睛更加真实和深情。#p#e#

五点二：眼球
先来看一下比较差的眼球模型

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 真实的眼睛照片

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 眼球是经常被低估的模型部分，他们通常只用一个球体来表现眼球，这让眼睛看上去象机器人的眼睛。而现实中我们可以看到眼球是在眼睛更深的部分并有反射。我们仿照真实眼睛的解剖，使用两个不同的模型来表现眼球。这两不部分可以是角膜和眼睛球。

角膜是一个球体，它是透明的，中心部分有更大弯曲，在上面有高光、反射甚至折射。眼睛球也是一个球体，但是中心向内凹，形成虹膜；这样可以让我们的眼球更加真实可信。

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在眼球和眼睑之间的眼水部分也可以建模，让我们的眼球更真实。

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五点三，眼泪和睫毛
人的下眼睫毛少于上眼睫毛，内眼角的泪腺也是眼睛重要的组成部分。

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我发现很多人喜欢用平面纹理来模拟睫毛，这样会让睫毛显示的很平，效果不好。也有的人喜欢用毛发系统或发毛插件来做睫毛，这样的效果也不好，最好的方法还是使用多边形来制作睫毛。多边形眼睫毛有更好的外观和更好的阴影。

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我们可以使用Maya的毛发系统或是插件先来制作睫毛，然后将他们转为多边形。我使用Maya的paintFX来制作睫毛，然后将他们转为多边形。同时我也保存一份paintFX来制作睫毛，这样我可以随时修改睫毛的参数。#p#e#

五点四 鼻子和嘴唇
鼻子和嘴唇在脸上都是最微妙的形状，要想做好关键在于了解这两个部分骨骼和肌肉的形式。

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下面这些图片展示了这两部分好的模型拓补。

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下面是比较差的鼻子和嘴的拓补

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五点五：下巴
下巴方面我们应该采取方形区域连接边线的结构，这样我们可以更容易的调节下巴的结构。下巴的边缘线应该终止在耳朵的位置，这样可以让我们的下颌骨看上去更漂亮。

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五点六 耳朵
耳朵是个棘手的部分，它有大量的螺旋的形状，如果不注意会用去大量的面。通常的做法是将耳朵单独制作，然后再调整来适合整个脸的拓补。在缝合头和耳朵的时候可能会有一些三角面，但是不容易看到，所以这没有什么关系。另外单独制作的耳朵模型可以用于各个头部。

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六、优化
时刻记着，我们现在的模型是否适合后面的流程，在进入下一个步骤前多花时间检查模型的拓补。让我们的工作在后面变的更容易。
尽可能的保持模型左右对称，除非脸左右有很大的的区别，这样可以方便展UV。

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总结：
人脸建模是3D图形的共同话题。 可以说人脸建模是简单的，但困难在于真实的细节和形状的和谐。有时一个小小的变化可导致巨大的差异，有时也很难评估脸上的表情对还是错。如果看起来不对，这部分又应进行怎么样的修改？一个真实成功的人脸模型 ，取决于纹理，着色和照明，但如果没有一个真实的模型基础，永远无法成功做出真实的人头模型。