对3Ds中UVW Unwarp编辑器在毛绒玩具开版上的应用研究

张钰粮

（成都大学中国-东盟艺术学院，成都 610106）

毛绒玩具；开版；UVW Unwarp；簇

0 引言

随着计算机图形技术的迅猛发展，毛绒玩具的开版由以前的手工作业更多地转向对软件的依赖。过去在样品试制阶段毛绒玩具的真实效果难以直观呈现，需要制版设计师先在脑海中成像，再将立体效果绘制出来，整个过程需要凭借丰富的实践经验和三维想象力将形体拆成一片片纸样，这个过程就是我们俗称的开版或制版。接着依照纸样裁片，把裁好的布料边缘对齐缝制，最后“翻面-充棉-缝合”得到实物。以前开版需要反复的修改和推敲，会消耗大量的时间和精力，所以目前大多数毛绒玩具生产或代工企业都偏向于用电脑开版来代替手工制版[1]。

1 计算机软件的发展与毛绒玩具开版

目前在毛绒玩具的效果表现方面有3Ds、Maya、Rhino 等软件，尽管拥有“Smash”（压平）、“Unrollsrf”（展开表面）等命令，但是在实体表面拆分与展平上智能化程度还是不高，后期修改工作量较大。笔者经过长期探索，发现3Ds中有一款UVW Unwarp编辑器（以下简称“UVW Unwarp”）可以用于毛绒玩具的开版上，而且简单实用，由于该编辑器在3Ds中主要用于游戏角色贴图纹理的校正，所以比较不容易被从事工业设计的人员注意。对普通产品而言，外观造型必须要紧密结合工艺流程，以基本几何体和组合体居多，同时曲面要尽量少，倒角幅度要尽量小，这样才能有效地控制生产成本[2]。而毛绒玩具形态和材质上与普通产品有较大差异，其形态以生物有机体居多，反而与游戏角色较为接近；材质以布料和PP棉为主，在弹性形变上要比塑料、五金制品强很多。基于以上特性，我们可以利用UVW Unwarp将毛绒玩具模型的表面如同游戏角色贴图一样展开，形成一片片的“簇”。这个“簇”在游戏中被用来约束材质或纹理在角色贴图网格上的范围，而在开版中可以视作不同的纸样形状，这个利用“簇”将三维模型表面拆分并展平的过程可以等效于设计师脑海中的毛绒玩具开版过程，只不过前者给人的感觉更为直观贴切。

UVW Unwarp中有“自动”和“手动”两种贴图网格（以下简称“网格”）展开方式，其中“自动”里面有“Flat⁃ten mapping”、“Normal mapping”、“Unfold mapping”三种方式，“手动”里面有“Peel map”、“Expand seams”、“Pelt map”、“Quick planar map”等多种方式，下面本文以对小狗毛绒玩具网格的展开来深入阐释巧用UVW Unwarp开版的方法。

2 以“自动”展开方式为毛绒玩具开版

在UVW Unwarp的卷展栏中点击“Open UV edit⁃er…”，随即打开“Edit UVWS”贴图展开面板，可以发现趴狗表面的贴图坐标都混在一起，完全无法感受到以红色显示边缘“簇”是如何一块块拼接起来覆盖到整体上，如图1所示。

图1

UVW Unwarp中共有3个子物体层级，“Vertex”、“Edge”、“Polygon”，在“Polygon”中全选所有网格，然后在“edit UVWS”面板中尝试打开“Mapping＞Flatten Map⁃ping”、“Mapping＞Normal mapping”、“Mapping＞Unfold mapping”对话框，点击“确定”得到网格自动展开后的效果。可以看出“Flatten mapping”形成的“簇”比较分散，“Normal mapping”形成的“簇”比较集中，“Unfold mapping”形成的“簇”则介于前两者之间，反映出系统对模型表面进行不同的拓扑结构划分所得到的效果，如图2所示。

图2

下面再对这三种“自动”展开方式进行深入讨论。“Flatten mapping”虽然能够使每个“簇”边缘实现精确对位，但在实操中如果将布料裁得如此碎小，且不论激光切割机的使用难度会否加大，光是后期缝制就会消耗大量的劳动力。再来看“Normal mapping”，与“Flat⁃ten mapping”相反，虽然这种方式展现出来的“簇”最为简洁，但是由于“簇”被分得过于集而造成了一个很大的问题——细节表现被削弱。一般而言。裁片越多对曲面形态的还原也就越逼真，但是会加大裁剪及缝纫难度；反过来裁片越少，曲面形态的损失就越多，所以开版是一个相互牵扯、动态平衡的过程。又如前文所述，毛绒玩具不像塑料五金制品等不需要考虑打皱起褶的问题，布料的伸缩性能会直接影响到毛绒玩具缝合后的外观效果，尤其是曲面转折处，如果不能将负荷区域内的应力均匀摊开，那么应力肯定会在某处集中释放，使毛绒玩具无法紧绷，发生线迹拱起的情况[3]。所以在UVW Unwarp编辑中，除了不能将“簇”分解得过于零碎，也要防止将“簇”分解得过于大片和笼统化，特别是对有机形态曲面处、转折处、倒角处的表现，应当以小“簇”连接的方式来消解张力。

第三种是“Unfold mapping”，在游戏角色中该方式主要被用于处理纹理扭曲，这种情况产生的“簇”具有部分连接和部分断开的特点。其问题还是在于没有考虑布料的延展性，在需要平衡应力的地方没有将“簇”断开。

3 以“手动”展开方式为毛绒玩具开版

“手动”展开网格比“自动”展开网格更具灵活性和准确性，对网格的分割拥有更大的自主性，在生成“簇”时可以充分考虑制造对消解布料张力的需求来设置接缝，形成一个毛绒玩具打样紧密联系上、中、下游各生产阶段对批量化实施要求的过程。这样毛绒玩具数字模型的创建变得不再孤立，无论从提高开版速度还是减少用料成本来说，作为一个连接前后工序的桥梁为整个制造流程提供了一体化的解决方案。下面结合UVW Unwarp中相关工具来详细阐释如何“手动”为小狗表面拆分“簇”。

（1）以“Peel map”拆分“簇”

“Peel map”以最小二乘法运算展开贴图网格[4]，选择组成趴狗嘴部的网格，首先在UVW Unwarp中击“Quick peel”，接着再点击“Peel mode”，这时打开“Edit UVWS”贴图展开面板会发现趴狗嘴部的网格已经与其他网格断开了，成为一个单独的“簇”，如图3所示。选择“簇”中的一个顶点，拖动它发现“簇”形态会随跟随该顶点的移动整体变化，变化的范围具有衰减性，即靠近拖动点的部分变形大，远离拖动点的部分变形小。这样可以在保持“簇”的拓扑结构总体不变的情况下微调局部边缘位置，达到重塑“簇”，使“簇”形状尽量接近开版的需要。

图3

“Peel map”能够在开版的同时充分考虑缝纫加工的需求，先将组成某一“簇”的网格集中选择再展开，如“头中条”、“肚条”、“大身”等，“簇”能够在三维模型和二维编辑器中同时显现。三维形态等于为开版提供了一个虚拟的，将裁片缝好后的逆向模型，二维编辑器则显示“簇”被压平后的效果，三维模型和二维编辑器保持实时交互，彼此变化都会在对方窗口上显现出来，从而极大地减轻了开版时需要凭借空间想象力来分割形态网格的脑力负担。

（2）以“Pelt map”伸展“簇”

“Pelt map”是对“Peel map”的辅助，该工具可以自动调正网格形状，在开版中可以根据“簇”形状的要求来松弛网格。当“簇”被分离以后，对其添加“Pelt map”，这时围绕“簇”边缘会显示一个圆环状的“旋转拉伸器”，其中心与“簇”的中心重叠。“旋转拉伸器”最外围的圆形支架上有一条条向内伸出的用虚线表示的“弹簧”连接到“簇”的边缘顶点，如图4所示。执行“start pelt”命令，圆形支架不动，而“弹簧”拉动整个“簇”在圆环内不停旋转以松弛网格改变形状，效果满意后再点击“start pelt”使弹簧停止旋转，如果旋转超量使形状失控，可以单击“reset”复位。因为“Pelt map”并非适应所有形状的“簇”调整，所以为网格添加“Pelt map”是讲究艺术效果的工作，而非生硬地按部就班[5]。

图4

（3）以“Expand seams”定义接缝

“Expand seams”也是对“Peel map”的辅助，选中需要形成“簇”的网格组的边缘，点击“Expand seams”，这时边缘内的网格均被视作“预剥离”的对象。“预剥离”并非真正将这一部分网格与整体断开，而是在使用“Peel map”时只要选中网格组中的任何一片网格，系统就会将剥离自动扩展到之前设定好的边缘范围内[6]，进一步提升了“簇”剥离的效率。

（4）以“Quick planar map”展平网格

在游戏贴图中，“Quick planar map”常用于为网格指定特殊的坐标对齐方式，得到的“簇”形状取决于贴图投射方式，包括平面、圆柱、圆球、正方体四种，经笔者的反复试验，发现由平面投影得到的“簇”最接近开版要求。以蹲狗腿部为例，如图5所示，除了执行平面投影像卡通腿的形状以外，其他几种方式都不够理想。

图5

4 输出和调整

完成“簇”的划分展平后，还需要对其进行平滑、描边等处理后，才能得到完整的开版图。在“UVW Un⁃warp”中点击“Open UV Editor”打开“Edit UVWS”，找到“Tools＞Render UVWmaps”，弹出“Render UVs”，在其中可对各项输出效果进行调节，包括图像大小、纹理、颜色、渐变效果等，如图6所示。

输出的图像可保存为.jpg、.tiff、.png、.bmp 等格式，在平面处理软件中沿着图像边缘光滑描边，可以删除重复或对称的裁片，同时在纸样内部标注裁片的数量。在曲面转折较大或布料应力集中易发生皱褶的部位切开“窝口”，对一些不符合缝纫常识的地方也要做轻微调整[7]。最终开版效果及缝制实物如图7所示。

图6

5 结语

UVW Unwarp具有强大的网格坐标展开功能，在3Ds中原本用于游戏角色的贴图校正，本文将其拓展到毛绒玩具的开版中，表现为将三维模型拆分相互拼接的“簇”，这个“簇”即是缝制所需的裁片纸样。由此可以看出计算机图形学的功能范畴并非仅限于开发者最原始的目标，经过使用者的学习，能够使其获得被“二次开发”的机会[8]。本文研究UVW Unwarp在毛绒玩具开版中的应用旨在抛砖引玉，为将更多的软件、插件“挪作他用”服务于工业生产做一个参考。

图7