江濤 孫勝男

摘要：文章對汽車涂裝效果的計算機輔助設(shè)計進(jìn)行了研究，論述了3dsmax Unwrap UVW貼圖展開技術(shù)的原理和二維網(wǎng)格生成工具的特點。在該技術(shù)的支持下，可以先在3dsmax中依次完成車輛模型的建立和貼圖展開，然后進(jìn)行貼圖方案的平面設(shè)計，并返回3dsmax渲染和展示。按照該方法測試了半掛車廂、轎車等案例，證明該方法可以用于汽車涂裝效果設(shè)計。

關(guān)鍵詞：汽車涂裝；3dsmax；Unwrap；貼圖；二維網(wǎng)格

中圖分類號：F416.471? ? ? 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：B

文章編號：1009-3044（2023）13-0110-03

開放科學(xué)（資源服務(wù)）標(biāo)識碼（OSID） ：

0 引言

無論是出于汽車用戶個性化的改裝需求，或是汽車企業(yè)品牌展示的需要，或是駕駛模擬、賽車游戲中出場的虛擬車模，都可以在已有造型的基礎(chǔ)上開展涂裝設(shè)計。目前對汽車涂裝的研究主要在材料、表面處理工藝和噴漆設(shè)備上[1-2]，對涂裝效果方案的設(shè)計方法、計算機輔助設(shè)計研究較少。

本文將針對涂裝設(shè)計過程中的計算機輔助設(shè)計問題開展研究，一般都是對實車圖片直接進(jìn)行平面效果圖的修改和設(shè)計，比如用Photoshop直接繪制或修改出造型涂裝方案[3]，但平面效果圖無法進(jìn)行三維多視角下的觀察和渲染，不利于方案的評估和對比。

為了保證設(shè)計效率和方案展示的效果，本文提出了一套切實可行的汽車涂裝計算機輔助設(shè)計方法，通過兩款不同代表性的車型涂裝實例進(jìn)行實踐。核心是3dsmax的Unwrap UVW貼圖展開技術(shù)，它使得模型在賦予貼圖時，貼圖上的圖案能顯示在模型上正確的位置。

1 3dsmax Unwrap UVW貼圖展開技術(shù)

平面貼圖可以鋪開到三維模型表面，形成表面覆蓋效果?？梢詫D片直接鋪在簡單的平板模型上，不會存在扭曲，比如顯示屏幕。但較復(fù)雜的曲面模型就需要指定UV坐標(biāo)，使圖片像素能夠準(zhǔn)確對應(yīng)到模型網(wǎng)格的表面。3dsmax自帶了Uvw map和Unwrap UVW兩種模型編輯器，用來處理模型的貼圖展開。前者適合形狀規(guī)則的平板、球體、圓柱等模型，能夠滿足車牌、指示牌、地球儀、玻璃瓶的貼圖需求，但對于車身等不規(guī)則模型，就需要采用后者[4]。

具體方法是在3dsmax中將模型指定Unwrap UVW編輯器，映射生成二維網(wǎng)格，然后根據(jù)二維網(wǎng)格來設(shè)計平面貼圖，如圖1所示。這種技術(shù)在人物角色[5]、游戲、產(chǎn)品設(shè)計[6]、建筑[7-8]等領(lǐng)域已有使用。本文將結(jié)合車身模型的需求，對該項技術(shù)進(jìn)行更深入的論述。

Unwrap UVW編輯器分為點Vertex、邊Edge、面塊Polygon三個操作層級，如圖1所示。在工作界面上分為三維建模窗口和二維編輯窗口，其工作原理是將三維網(wǎng)格進(jìn)行平鋪展開，映射到正方形的平面空間，形成二維網(wǎng)格，兩種網(wǎng)格在點、邊、面上是對應(yīng)的。正方形的平面空間又對應(yīng)著平面貼圖，這樣平面貼圖上的像素圖案就和三維模型網(wǎng)格建立了關(guān)聯(lián)。

三維模型網(wǎng)格越復(fù)雜，則映射二維網(wǎng)格的難度也越大。因此貼圖展開前應(yīng)該優(yōu)化模型網(wǎng)格的密度，網(wǎng)格布線應(yīng)規(guī)則有序，在滿足精度要求下盡可能使用輕量化的模型。這對減少渲染資源消耗也是有益的，特別是車輛這類網(wǎng)格數(shù)較高的模型。

在網(wǎng)格映射上，可以選擇全部或部分網(wǎng)格面，進(jìn)行分離、移動、旋轉(zhuǎn)、縮放來生成和調(diào)整二維網(wǎng)格，也可以借助內(nèi)置的自動化工具來快速生成二維網(wǎng)格，各工具對比如表1所示。如果模型較復(fù)雜，可以將不同局部先分離，各自使用不同的工具以提高效率，并結(jié)合手動工具進(jìn)行修正。

2 設(shè)計實踐

以Unwrap UVW技術(shù)為核心，結(jié)合車輛建模和網(wǎng)格的特點，基于3dsmax的汽車涂裝設(shè)計流程為：

1） 完成3dsmax車身建模?？梢圆捎?dsmax Edit Poly建模，或?qū)肫渌浖哪Ｐ偷?dsmax中。

2） 優(yōu)化車身網(wǎng)格，可以選擇較低的網(wǎng)格光滑層級或?qū)刖W(wǎng)格數(shù)，以減少車身網(wǎng)格的面數(shù)。

3） 用Unwrap UVW技術(shù)進(jìn)行車身模型的貼圖展開，根據(jù)車身形狀和貼圖分布的要求，選擇合適的網(wǎng)格區(qū)域和二維網(wǎng)格自動生成工具。

4） 用生成的二維網(wǎng)格線框圖為參考，在Photoshop等平面設(shè)計軟件中開展涂裝方案的平面貼圖設(shè)計。

5） 將平面貼圖裝載在車身材質(zhì)上并賦予車身模型，形成涂裝效果。更換貼圖就可以形成不同的涂裝方案，注意3dsmax車身材質(zhì)在使用貼圖后，會覆蓋其主色，要修改涂裝顏色只能修改貼圖。

6） 可加入材質(zhì)反射、車輛附件、場景、燈光等渲染要素制作效果圖，更好地評價最終效果。

下面將通過代表性的車型涂裝實例進(jìn)一步實踐，核心在于車身模型的貼圖展開。

2.1 貨車車廂、客車等方形

對于貨車車廂、客車等方形，因為形狀較簡單規(guī)則，可以選擇整個車身網(wǎng)格，在Unwrap UVW貼圖展開中，使用Normal mapping工具，設(shè)置合適的法線方向，直接一次映射出二維網(wǎng)格。

以半掛車廂為例，如圖2為沒有涂裝效果的原始3dsmax貨箱模型，圖3為映射出的二維網(wǎng)格和參考二維網(wǎng)格制作的貼圖方案，該貼圖大部分區(qū)域為灰色的底色，在側(cè)面加上了抽象圖案和紅白相連的警示線，圖4為加上車輪后的整體涂裝效果。

2.2 轎車等曲面形體

轎車具有不規(guī)則的曲面，且網(wǎng)格數(shù)較多。為了減少干擾，可以把車輪、玻璃、車燈等不涉及涂裝的附件從車身模型中分離出去，也有利于這些附件使用帶有反射和折射效果的材質(zhì)。對剩下的車身模型，不能像卡車、客車那樣對整個網(wǎng)格直接映射處理，需要化整為零。

將車身分成多個變化平緩的局部網(wǎng)格組，比如左右側(cè)面、頂面、車頭面、車尾面，各個局部根據(jù)各自的朝向設(shè)置使用Normal mapping或Project工具，并移動、旋轉(zhuǎn)、縮放各個網(wǎng)格組，使它們均勻地擺放在正方形空間。

以一輛轎車為例，如圖5為去掉附件后的3dsmax車身模型，圖6為車身映射出的二維網(wǎng)格和參考二維網(wǎng)格制作的貼圖方案，大部分區(qū)域為黃色的底色，在側(cè)面和車頭的網(wǎng)格組區(qū)域加入了彩帶和車號圖案，圖7為加上車輪和附件后的整車涂裝效果。

3 結(jié)論

本文首先論述了3dsmax Unwrap UVW技術(shù)的原理和自動網(wǎng)格映射工具的特點，提出了車輛涂裝設(shè)計的技術(shù)流程，并通過代表性實例對車輛涂裝設(shè)計進(jìn)行了實踐，針對不同的形狀和復(fù)雜程度采用了不同的映射工具，以提高設(shè)計效率，減少人工操作。綜上本方法可以為各類車輛涂裝設(shè)計提供參考，提升車輛的個性和品牌展示效果。

參考文獻(xiàn)：

[1] 王增，徐鎮(zhèn)，黃凌玉.汽車內(nèi)外飾設(shè)計用涂裝材料及其工藝研究進(jìn)展[J].表面技術(shù)，2019，48（6）：338-345.

[2] 陳兆波.一種汽車涂裝套色工藝的優(yōu)化[J].現(xiàn)代涂料與涂裝，20s22，25（7）：52-54.

[3] Vasiliy Kanevskiy.數(shù)位板汽車側(cè)視圖二維渲染教程[J].工業(yè)設(shè)計，2015（2）：42-43.

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[5] 徐智明，戚湧.基于UV貼圖優(yōu)化人體特征的行人重識別[J].計算機工程，2022，48（11）：83-88，95.

[6] 祁甲民，馮蘭芳，陳艷雷，等.逆向工程中三維建模模型紋理貼圖方法探究[J].制造業(yè)自動化，2018，40（5）：112-114，128.

[7] 王一軒.虛擬展館建設(shè)中的貼圖烘焙技術(shù)[J].信息與電腦（理論版），2015（24）：13-14.

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【通聯(lián)編輯：梁書】