作者：趙睿翔 單位：上海大學美術學院數碼系教師

事實上，三維數碼的實現不僅是基于計算機技術，更是源于對現實世界的掌握和理解。人們將現實中的自然規律歸納總結為數學公式，并由計算機運算出結果展現出來。所以，三維數碼世界來源于現實世界卻又不同于現實世界，掌握它們的共同點和區別不僅有助于更快掌握相應的軟件技能，還有助于根據三維數碼世界的藝術表現特點，創作出更出色的作品。

從現實世界到三維數碼世界

要進行三維數碼造型，首先需要在計算機中構建一個三維數碼的世界，一個透過顯示器薄薄的一層平面就能讓人感受到其深度和廣度的虛擬空間。這就需要將人們對現實空間的感受和認知轉換到計算機語言中去。首先，什么是空間？似乎不同的領域對空間的解釋各有不同：幾何學將空間看作是獨立而相互正交的方位數，一般是指三個維度的空間；哲學上則是指一定事物保持自己質的數量界限。我們這里所說的空間可以理解為容納物質的容器，可以無限延伸。那么人們如何感受空間呢？

1．方向空間無窮無盡，沒有起點也沒有終點，無所謂方向。但是人們根據自己長期的生活習慣和生存需要，創造了方向的概念：基于地心引力確立了“上”和“下”，根據眼睛生長的位置確立了“前”和“后”，并繼而產生了“左”和“右”。現代科學提出了更為精準的定位，“經度”、“維度”和“海拔”，這三個維度為空間內物體的相互關系提供了統一的基本參照。計算機創造的虛擬空間便借鑒方向這一概念，“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”成為了X、Y、Z三個軸線，從而確定了在計算機的三維世界里物體的位置關系。其中三軸相交的點是整個空間的原點，也就是中心點。X、Y軸相交的平面也就成為了類似現實中“地平線”的地面，默認創建的事物都是位于這個平面上的。

2．中心和軸向如同我們所說的“絕對位置”和“相對位置”一樣，三維數碼空間中根據參照物的區別，能有各種不同的中心和軸向。除了有世界中心以外，每個物體也有各自的中心、群組中心；除了有世界軸向外還有視點軸、屏幕軸、物體軸，等等。這種設定使得三維世界的語言更接近我們現實生活的狀態，也算是從現實生活中提取出來的一種經驗。

3．尺度在現實中我們用它來表明距離的遠近、事物的大小等度量關系。為了有精確的計量，我們創造了各種距離單位：“米”、“厘米”、“公里”、“尺”等。三維數碼世界有其系統單位Unit，在這個尺度下，計算機擁有最佳的操作流暢度，無論是移動、選擇，還是縮放，它們都是以Unit為根據的。統一三維數碼世界的尺度的意義在于全世界三維創作者創作的作品可以統一尺寸，這樣遠程交流和多人合作就不會出現尺寸比例上的問題。而且三維創作的內容變化萬千，時而是宏偉的大場景，時而是微觀的細胞世界，對不同尺度的場景可以通過計算機的系統單位進行換算顯示，以不同的比例將計算機單位轉化為現實中的不同單位，增加操作的效率，而不會發生在顯微鏡下建造大樓這種情況。

虛擬物體的構造

虛擬物體是三維數碼造型的主體，是虛擬三維空間中的主角。從人物角色到城市建筑，乃至到天體、星球，都可以用三維數碼技術創造出來，而創作方法則和現實原理有所不同。現實中的一切物體都是由無數原子組成的，原子不同的組合構成了各種分子，而不同的分子則形成了不同質量和材質的物體。當然，要讓計算機像現實那樣基于原子或分子來構建數碼三維物體，以現有電腦的計算能力幾乎是不可能的。所以，我們需要將現實中復雜的物體結構簡化：只處理物體表面而無視物體的內部構成；將復雜不規則的表面轉換成一系列規則平面的組合，從而使計算機能構成數碼三維的物體。

1．構成元素三維虛擬物體是基于表面的形體，如果想要對這些面進行修改或變換，需要設定若干關鍵元素來控制這些曲面。不同模式的造型有不同的基本元素。基本幾何形是那些符合數學規律的形體，由一系列幾何參數組成，例如由長寬高數值決定的長方體、由半徑數值決定的圓，等等。那些無法用簡單數學規律描述的不規則形體，則使用形態特征來概括成簡化形體，主要分為“網格”、“多邊形”、“曲面”和“面片”。無論是在現實中還是三維數碼的創作中，規則的基本幾何形畢竟是少數，所以對三維物體的研究也基本上是指對不規則形體的研究。“網格”和“多邊形”是由“點”、“線”、“面”和“體”四大基本元素構成。“點”作為最基本元素無窮小，是不可見的，而且互相之間可以沒有關聯。“線”則是一系列點的集合，也可以看作是兩點之間的直線，數條相互連接且互相之間呈一定角度的直線就構成了曲線，線也是不可見的。“面”是由至少三個點或三條相交的直線構成，根據發線的方向分為正面和反面，是可見的元素。“體塊”是一系列面的集合，是最常用的造型元素。“網格”和“多邊形”由于概括方式簡單直觀，無論在什么三維軟件中都能表現出一致的造型，是使用范圍最廣的一種建模方式，而且其創建方式近似于泥塑創作，最適合創建完全不規則的自然形態和人物角色。“曲面”和“面片”則是由“曲線”和包覆曲線的面組成的。這種造型方式曲面可以無限細分，精度和細節都超越了“網格”和“多邊形”，適合創建機械結構和工業造型。

2．合理方法通常三維造型的創建，基本按照“創建基本幾何形”、“轉換為不規則形體”、“調整基本元素造型”、“修改”等步驟，但是，實現一種形體并沒有完全固定的模式，或者說可以有很多種方式來實現。那么究竟哪種方式才是最好的呢？我們可以從以下幾個方面來考慮：方便、精度、合理性和后期修改的方便度。能同時滿足這四個標準當然是最好的造型方式，但事實上并不存在這么一個超級步驟，現有的所有造型方式在這四個標準上都有差異。例如那些方便的方法往往就沒有那么高的精確度，精確的方法往往在修改上非常不便等，所以要采用何種造型方式就需要根據所造模型的目的來選擇：三維動畫由于其場景龐大且會有各種動作變化，需要采用比較合理的造型方式；建筑環境設計需要嚴格按照圖紙設計的方案來實現效果，所以需要選擇更精確的造型方式，另外由于設計方案有可能需要進行調整，后期修改也需要一并考慮；游戲場景和角色的制作則需要對造型高度概括以減少對設備機能的消耗，所以要選擇最合理的方式。所以說，在三維數碼造型的創作中，沒有最好的步驟，只有最合適的步驟。