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数字人C4D贴图雕刻UV之一:UV知识问答

科学家成功打印超立方体

【引言】

本报讯 如何在3D世界中,构造4D物体?其答案需要一些复杂的投影和一台3D打印机。美国俄克拉何马州立大学数学家和艺术家 Henry Segerman在2月14日美国科学促进会年会上描述了他用一个超立方体来呈现的方法——即一个4D的立方体。

        吧友几次问我有关C4D模型的UV及如何展开的问题。总感觉有点早,我想等研究角色、道具等建模之后再谈,但吧友总是问,所以我就以朋友问答的方式,编写下列文章。由于时间短,内容有点碎和粗,等以后我再慢慢修改和补充。

构造一个4D物体的画面是一件耗费脑力的事情,因此为了理解 Segerman如何实现它,先想象一个居住在二维“平面世界”的人,或是一架没有厚度的飞机(想一想上世纪80年代横向卷轴类电脑游戏任天堂中跑不出游戏机的人物Mario)或许会有些帮助。如何给一个生活在二维世界中的人解释立方体呢?一种可行的方法是在立方体上打一束光,然后在二维平面上形成一个阴影。这正是Segerman的做法,尽管他的方法更加复杂一些。

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Segerman采用了一个立体投影,首先把立方体放在一个球体的表面,然后把它的影子投向一个平面。立方体投影是在一个平面上代表一个球体的方法,它和墨卡托投影一样,通常被用来给地球绘图。科学家展示了立体投影如何从一个球体转换到一个平面的过程——球体上的曲线变成了平面上的直线。对一个立方体采用同样的投影原理,可以在平面上诠释立方体的概念。

问题一、究竟什么是UV?

现在,设想用一个超立方体代替立方体进行这一过程,把它设计成三维的,然后用3D打印出设计结果,这样就可以得到一个超立方体了。

        "UV"是纹理贴图坐标的简称。它定义了图片上每个点的位置的信息. 这些点与3D模型是相互联系的, 以决定表面纹理贴图的位置。就好像平面的布料,剪裁制作成立体的衣服一样。 UV就是将图像上每一个点精确对应到模型物体的表面。在点与点之间的间隙位置由软件进行图像光滑插值处理. 这就是所谓的UV贴图。

《中国科学报》 (2015-02-17 第2版 国际)

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简单的说:

模型是立体的,坐标系遵循 XYZ。要贴上去的图片是平面的,遵循的坐标为UV(还有W,深度意思)。如何把平面的二维(UV)图片的每一个点与三维的模型(XYZ)的每一个点一一对应,这个中间就需要UV坐标来控制。2D到3D的对应方法,我们就说“贴图映射”,也就是3d模型在平面贴图上的投影。

注意: UV的调整不会影响3d模型的形状,只会影响3d模型的贴图效果。C4D的基本物体(球、立方体等)和NURBS方式建立起来的模型都是自带UV。

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比如说:

裁缝制作衣服。不同的布料就是二维的平面贴图。你的身体就是三维模型。裁缝就是UV映射系统。裁缝按照你的身体数据(XYZ),把不同的布料进行剪裁(UV),然后通过缝纫机进行缝制(映射),然后穿到你的身上。

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问题二、UV有什么重要作用?

主要的目的:用UV告诉计算机三维软件,如何把平面的纹理正确地贴在(术语:映射)到三维模型的表面。(这实际上是坐标系转换的运算方式。)

具体参见下篇《UV及展开-2》,我将通过实例研究之。

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问题三、为什么我们接触UV非常少?

那是因为刚刚初学,没有涉及到复杂模型和贴图。

在三维软件中,一般初学都是制作简单的模型,基本上都是用基础模型堆叠或简单改造而成。模型的材质基本上也比较简单,通体是纯净的玻璃、木材、金属一类。所以,我们就用基础模型默认(自带)贴图方式,如果有不合适的,就简单改改贴图的映射或UV标签属性,进行简单设置就可以了。比如用立方体建立一个砖墙,那么把载入砖墙纹理的材质赋予立方体模型,在映射选择“立方体”模式就可以了;再如,用旋转对象生成的杯子,设置玻璃材质,直接赋予给模型就可以了。模型简单,材质简单,根本不用考虑UV。

在C4D中,贴图的映射有以下几种:(而UVW贴图是默认,它比较特殊。)

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举例子说明:

1、场景中建立一个立方体模型,再建立一个材质球,纹理载入木纹,给予立方体(基础物体),系统默认贴图映射是UVW贴图。(其实就是立方体映射贴图方式)

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2、我们改为贴图映射为立方体,发现他们是一样的。

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3、把贴图映射改为球体。模型没有变,纹理贴图没有变,但是由于贴图映射方式改变,所以,木纹纹理在模型的“呈现”发生变化。

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4、用纹理命令去修改UV。点击左侧的“纹理”命令图标,你同时必须选中显示坐标的物体和材质(否则不显示)。如果你要移动和缩放、旋转贴图映射,那么你必须点击左下的“对象轴”(或按L,否则你是转不动的)。可见,正确的操作是非常重要的。下图显示的就是立方体映射。用这种方式改变UV和用右下角的标签属性改变,方式不同,效果是一样的(有的喜欢用命令,有的喜欢用菜单、有的喜欢用按钮)。

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5、把投射改为球体。

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6、用材质标签属性修改UV。更改标签长度U和长度V比较。(左为100%,右为25%)

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7、更改标签偏移UV的比较。(左为0%,右为U:40%, V:-27%)

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问题四、为什么当物体变形时,材质贴图不跟着变化?

1、在场景中建立立方体,然后按C ,转化多边形。复制一个,左侧为立方体映射模式;右侧为UVW贴图映射模式。渲染,基本一样。

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2、选择面模式,CTRL A选择全部面,右键“细分”,不勾选细分曲面,那么,物体被细分,但没有变成曲面。(这是增加细分不改变形状的一种方法),同理,处理另一个。

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3、给两者添加膨胀变形器,点击“匹配到父级”,你发现什么?看纹理!

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4、更换螺旋变形器,你再看纹理。

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所以涉及到变形,如果让材质跟随着模型改变,映射的方式必须用“UVW贴图”方式。

问题五、UV标签是咋回事呢?

UVW标签包含UVW坐标(标签里面记录:材质纹理上的点和模型上的点是如何对应的数据)。

使用方法:点击材质,右键菜单:

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注意:

有的时候,点击材质球,右键“生成UVW坐标”是灰色不能用,那是因为没有给材质贴图映射。

如下图演示,注意看映射位置。

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(一)生成UVW坐标命令:

1、在场景中建立一个立方体,把带有木纹纹理的材质赋予它,系统默认的映射方式是“UVW贴图”方式。对于这个立方体模型,其实映射就是“立方体”模式。因为它是被C4D系统封装的基元(基本物体),你不能随意改变它的点、线、面,只能按照系统给定长宽高、分段等设置参数,所以它的UV也被固定下来了,它没有UV标签,也不需要。下面我们再复制这个立方体到右侧,按C,转变为多边形,封装的参数就不能用了。点线面可以随意控制,默认的UV转化为UV标签。

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2、如果删除UV标签,那么右侧的物体将失去纹理。

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3、换一种材质,再试一试,同样失去纹理,只剩下颜色。

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4、点击右侧模型的材质,更改贴图映射为“立方体”,渲染发现纹理又回来了。

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4、点击模型物体右侧的材质球,按右键,选择“生成UVW坐标命令”,生成一个UV标签。这个标签就把“立方体”映射方式记录下来。

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5、一个对象可以包含任意数量的UVW标签。每个标签记录的是纹理映射的方式,更换不同的标签,也就更换不同的映射方式,物体渲染时呈现的样子也就不同。

下图最右端的UVW标签贴图方式是球形模式,左侧标签记录的贴图方式是立方体模式。右侧起作用,它的优先级大。

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(二)、指定UVW坐标命令

通过这个命定,我们可以在模型上不同的位置使用不同的贴图方式。

1、在场景中建立一个球形,再建立一个材质,纹理载入效果--棋盘图案。赋予给球体模型,然后C,转变多边形。

删除自带的UV标签。纹理不显示。

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2、点击材质,投射改为“球体”,纹理又出现了。

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