王巍 殷婷婷 罗爱华
(北京电子科技职业学院,北京市 100176)
摘 要:数字化是目前比较流行的GK模型生产方式,但攻坚方向多集中在前期模型制作上,极少有人关注输出环节。作者针对3D打印输出中的问题进行分析,从建模方式、成型原理、规避原则、软件功能、使用者素质几个方面详细阐述了解决这些问题的方法和手段。
关键词:GK模型;软件;输出
基金项目:本文由项目:2020Z153-SXYGK模型软件输出技术研究,项目编号:000018_2020-181,提供资金支持。
作者简介:王巍(1978--)男,蒙古族,北京人,硕士,北京电子科技职业学院副教授,主要研究方向为三维动画、数字媒体。
一、GK模型行业现状
GK模型一直是动漫领域探讨的热门话题,作为动漫衍生产品的一类,深受广大动漫爱好者的青睐。“GK”的全称是“Garage Kit”,原意为“车库组件”,因为GK模型最初是在工作房(西方人惯将车库作为工作房)诞生的。早期的GK模型只是一些模型爱好者自行创作的作品,造型细致度因人而异,通常都是唯一的,后来把自制或自己少量生产的模型统称为“GK模型”。GK模型的制作方式在初期以手工为主,通过雕塑师的塑型来完成。由于专业技术和尺寸上的限制,产量极低。近几年,随着数字雕塑技术和3D打印技术的发展,使GK模型制作方式转向了数字化。
二、输出环节的问题
GK模型独特的造型吸引力,让大多数创作者将精力放在了前期数字模型制作上,如工具的使用、软件的搭配以及硬件的优化等。但对于数字模型制作与最终成型的中间过程,特别是软件输出和3D打印环节,却极少有人关注,从而产生了一系列问题:
1.数据不能打印。这在文件转换时很常见,数字模型文件在设计软件中观看显示正确无误,但导入到3D打印软件中,就会出现模型无法显示或部件丢失的情况,有些时候还会看到一些曲面上的顶点远离模型。
2.表面细节缺失。模型能够显示但看不到细节,问题同样是软件显示效果的不一致,原始模型上的一些细节造型在3D打印软件中会变为低多边形曲面,相对深度较浅的模型细节会不显示,让原本精致的数字模型黯然失色。
3.打印时间漫长。目前使用较多的是“熔融沉积成型”技术和“光固化成型”技术的3d打印机,使用层层叠加的方式打印,越精细的模型,每层的堆积厚度越薄,所耗费的时间也就越长,一般打印一个中等大小的模型耗时都不低于16个小时,大的甚至需要几天的时间,极大地降低了生产效率。
4.模型修件困难。3D打印所生产出来的模型与传统的手工GK作品有所不同,稍微复杂一些的模型就必须借助支撑结构才能打印出来,这就导致了最终模型大多会带有一些附属物(也就是支撑),制作者需要花费几个小时用刀、砂纸或者其它工具去掉支撑材料,也就是模型圈子里所说的修件,在这一过程中,很容易伤到打印模型,让之前的劳动成果付诸东流。
5.耗材成本昂贵。这是无法回避的问题,目前虽然打印设备的价格已经很亲民,但打印耗材的价格仍然相对较高,比如PLA线材1KG要100元,光敏树脂1L要300元,虽然不是高得无法接受,但大量打印的话,损耗量也是巨大的,往往300元也就能打印3-5个小比例的模型,大比例模型可能一个就要600-800元。
6.打印过程出错。这种现象在3D打印新手中屡见不鲜,打印过程中会出现各种错误,导致打印不成功,前功尽弃。典型的问题有模型翘边、首层出错、底部收缩、错位或移位、打印层丢失、模型开裂、产生拉丝、空驶挤出、模型途掉落等,不但造成了极大地浪费,清理起来也极其麻烦。
三、解决方法
这些问题让很多优秀的GK模型只能停留在数字模型阶段,无法成为实物产品,这些问题对专业打印制作人员不是问题,但对于大众使用者,却会带来很大的困扰,解决问题的方式要从源头来剖析:
1.改变传统建模方式
模型文件无法显示的原因主要在于主要在于模型的构建方法不对,诸如衣服、头发这样的元素,没有设定厚度,而是使用极薄的曲面面片来进行制作。细节缺失的原因则是法线贴图的大量使用,很多设计师是从游戏或动画公司转行进入该领域的,依然保留着行业的一些旧习,典型特征就是借助法线贴图表现较高的细节,通过精简模型曲面来保证游戏的顺畅运行和动画生成效率的提升。
解决的方法也比较直接,新的领域有新的规范,设计师要改变原有的建模习惯,以雕塑的方式表现模型及其细节,任何可见的元素都使用模型来体现,一些低厚度的元素则要通过实体堆积来创建。使用法线贴图的模型则更容易处理,由于法线贴图是通过高精度模型与低曲面模型计算得来的,输出时使用高精度模型即可。当然,输出前对模型数据进行历史清除也是十分必要的,这会减小出现顶点元素移位的概率。
2.了解打印成型原理
要想减少打印文件的等待时间,首先需要了解各种打印设备的成型原理,以光固化打印机为例,它是将模型数据预先切片分割成诸多很薄的剖面层,在打印的时候利用紫外线照射使光敏树脂一层一层的固化,最终叠加产生出所需要的实体造型,从这里就可以看出,影响打印时间的元素在于模型的分层数,在层厚恒定的前提下,模型越高层数越多,模型越矮层数越少,时间也就越短。所以在固定的打印区域经营好模型的码放位置和角度就显得尤为重要。以卡通角色为例,横放比竖放要节省2/3的打印时间。而可打印区域中高度不变的前提下,放置的模型多少对打印时间没有太大影响,放的越多也就越节省时间。
3.预先规避原则
打印好的模型进行修件是一个必不可少的环节,往往需要比打印模型花费更多的时间,这在前期3D打印软件里放置模型的时候可以有效避免,首先是模型的朝向,我们可以把需要展现的部位或者说精彩的部位朝上,将支撑放在其背面,比如说角色的脸、有花纹的饰物等,而一些不易于看到的部位,比如鞋底、腋窝等,可以直接在上面生成支撑。一些必须生成支撑,又很重要的位置,则需要调整支撑点的接触位置,尽量避开光滑部位。这样,在修件的时候,会相对轻松,且能保证模型的整体质量。
4.充分利用打印软件的功能
耗材的价格我们无法改变,但可以改变模型本身。默认打印模型是实心的,这完全没有必要,大量的打印材料用于填充是极大的浪费。很多3D打印软件都有抽壳功能,可以让制作的模型变成中空的造型,这会节省1/2甚至2/3的耗材消耗。而不同的模型,所需要的辅助支撑也不同,充分了解不同支撑的功能及样式,也可以通过精细控制达到耗材少量的节省。
大部分3D打印软件可以进行打印过程的预演,借助此功能可以提前发现实际打印过程中会出现的问题,比如支撑点哪里缺失、哪里会形成造型粘连等。确保打印过程的顺利实行,避免打印失败,也就变相的达到了节省耗材的目的。
5.耐心和细致,步步为营
打印失败的原因有很多,除了经验之外,很多时候是操作过程中的大意导致的,大部分打印机在打印前都需要进行调平操作,只有载物平面各个位置与打印头的距离一致才能让打印过程稳定进行,距离过高会脱离模型产生缝隙甚至空吐丝,距离过低会损坏已经打印好的模型。而调平操作没有什么捷径,就是不断确认不同位置的距离,进行手动或电动的调整。耐心是3D打印人员的一个必备素质。
四、总结
综上所述,从软件输出技术的角度去探究GK模型的生产流程,可以对数字方式制作GK模型这一新技术进行整理和优化,帮助设计者考虑最终输出问题,提前规避一些不必要的错误,从而提升GK模型的表现力。随着技术的发展,人们的审美水平不断提升,个性化要求也更加明显,必然会催生新的产业,职业分类也会更加细致。2020年5月11日中国就业培训技术指导中心发布《关于对拟发布新职业信息进行公示的公告》,拟新增10个新职业,其中就包括增材制造(3D打印)设备操作员。可见对3D打印这一新兴事物的重视,而除了将专业技术提升到职业高度,3D打印软件的优化与革新也是必不可少的,开发商应切实从服务角度出发,简化软甲的操作流程,明确各种命令的功能,方便各类人员使用,从根源上解决技术对设计的阻碍。只有各方面协同合作,才能缩短设计向产品转化的时间,让设计师能全身心投入,让“中国制作”变为“中国创造”。
参考文献:
[1]Brian Evans.解析3D打印机-3D打印机的科学与艺术[M].北京:机械工业出版社,2014
[2]罗军.中国3D打印的未来[M].北京:东方出版社,2014
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