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3DS+MAX贴图、材质及光影功能在机电产品拟实造型中的应用

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3DS+MAX贴图、材质及光影功能在机电产品拟实造型中的应用 第29卷第3期 2005年5月 燕山大学学报 JournalofYanshanUniversity V01.29No.3 Mav2005 文章编号:1007-791X(2005)03—0230—07 3DSMAX贴图、材质及光影功能 在机电产品拟实造型中的应用 韩宝玲1,罗庆生2,张辉1,邢雪涛2 (1.北京理工大学机械与车辆工程学院,北京100081;2.北京理工大学机电工程学院,北京100081) 摘 要:在机电产品的拟实造型过程中,合理运用3DSMAX的贴图处理、材质表现和光影效果功能,可使造 型对象...
3DS+MAX贴图、材质及光影功能在机电产品拟实造型中的应用
第29卷第3期 2005年5月 燕山大学学报 JournalofYanshanUniversity V01.29No.3 Mav2005 文章编号:1007-791X(2005)03—0230—07 3DSMAX贴图、材质及光影功能 在机电产品拟实造型中的应用 韩宝玲1,罗庆生2,张辉1,邢雪涛2 (1.北京理工大学机械与车辆工程学院,北京100081;2.北京理工大学机电工程学院,北京100081) 摘 要:在机电产品的拟实造型过程中,合理运用3DSMAX的贴图处理、材质现和光影效果功能,可使造 型对象在产品对应的铭牌字符、材料质感、光影细节等方面产生逼真的效果,从而为机电产品拟实造型技术探 索出一种简便易行、效果良好的方法。 关键词:3DSMAX;贴图处理:材质表现;光影效果;机电产品拟实造型 中图分类号:TP391.41文献标识码:A 0引言 在研制图1所示微型仿生六足爬行机器人过 程中,需要进行计算机辅助设计和计算机辅助造 型。为了使所设计和造型的零部件具有逼真的视觉 效果,笔者曾对多款计算机辅助设计和辅助造型软 件进行研究,最后采用了先用Solidworks2004软 件进行基础造型,再用3DSMAX软件进行后期加 工的策略,得到了较好的效果。现以该机器人中应 用数量较多的微型齿轮减速器的拟实造型为例,说 明如何运用3DSMAX的贴图、材质及光影功能来 完善其拟实造型工作的。 1 3DSMAX材质、贴图及光影功能的 应用方法 1.1 3DSMAX贴图处理的方法 在运用Solidworks2004软件对微型仿生六足 爬行侦察机器人所用瑞士MAXON微型齿轮减速 器进行初步造型(见图2)之后,可将其保存为后 缀sn的文件(注:stl格式的文件为二进制,图形 文件体积较小,有利于后期制作”1),然后打开3DS MAX软件,导入经初步造型的减速器,结果如图 3所示。 图1机器人整体造型 Fig.1Robotwholesculpt 图2减速器初步造型 Fig.2Retarderelementarysculpt 收稿日期:2005—04-06 作者简介:韩宝玲(1957一),女,安徽合肥人。博士,教授。主要从事微机电技术研究、机电一体化产品设计、CAD/CAM和计 算机图学应用等科研与教学工作。 万方数据 第3期 韩宝玲等3DSMAX贴图、材质及光影功能在机电产品拟实造型中的应用 231 图3零件导入界面 Fig.3Interfaceofpartincome 若在此时点击渲染功能图标||li滋,进行初级渲 染,则可得到图4所示结果。 图4初级洹染效果 Fig.4Effectofelementaryromance 不难看出,在3DSMAX默认参数情况下渲染 出的减速器造型效果并不理想,必须重新赋予模型 适当材质,进行相关贴图处理,再配合光影烘托作 用,才能得到理想的减速器拟实造型效果。具体步 骤如下: 1)根据瑞士MAXON齿轮减速器铭牌标记及 说明字符,采用计算机图像处理软件Photoshop制 作该减速器外观贴图如图5所示。 图5 MAXON减速器外观贴图 Fig.5MAXONretarderfacedrawing 2)点击材质球图标剿,从下拉菜单中选择 所需材质,再设置材质类型为反射,然后点击表面 色选项栏后面的图标塑,进行相关设置。其操作 步骤和结果如图6所示。 图6材质选择界面 Fig.6Interfaceofmaterialchoice 3)双击“新建”命令下拉菜单中的位图选项 (见图7),选择制作好的减速器外观贴图(见图8), 点击图形视窗中经初步造型的减速器外壳,再点击 材质球图标黉裁,选择相应的材质,然后点击材质 赋予图标剩,将其赋予减速器外壳。 图7位图选择界面 Fig.7Interfaceofbitmapchoice 万方数据 燕山大学学报 2005 图8外观贴图选择界面 Fig.8Interfaceoffacedrawingchoice 4)这时可见减速器仅仅只是颜色发生了一些 变化,减速器贴图上的铭牌标记及说明字符并没有 反映出来(见图9),显然这是不能令人满意的。究 其原因,是因为在贴图时没有赋予一个UV贴图坐 标,从而导致贴图效果不佳口1。为此,可依照下述 步骤赋予其贴图坐标。 图9非正确贴图效果 Fig.9Effectofnon—rightdrawing 5)点击经初步造型的减速器外壳,再点击 modify功能项中的图标刘,并在其下拉菜单中点 击ShowButton选项和UVCoordinateModifiers选 项(见图10),此后点击贴图坐标(见图11),然 后在其参数设置栏中设置相应参数如图12所示 (可调节长度与宽度来改变贴图的大小)。此时贴图 上的铭牌标记及说明字符还是没有显示出来,这是 因为还没对贴图坐标轴进行正确的选择。 Se王女《ti馘LMoaifiefs Pateh/Splir掩Editi瓢鬈 麓黛≮h Editiag Subdivisi熊Sttrfaces YrteForlDeforaati啦s P样锎§t秘c醴odi巍蚶s SurfaceIlolifi鸯rs Conv割rsio巍modi£iers 图10功能选项界面 Fig.10 Functionoption 图11贴图坐标界面 Fig.11 Gluedrawingcoordinate 图12参数设置界面 Fig.12Parametersetup 万方数据 第3期 韩宝玲等3DSMAX贴图、材质及光影功能在机电产品拟实造型中的应用 233 图13带贴图坐标的效果图 Fig.13Effectofgluedrawingcoordinate 6)将参数选择栏下部的通道项打开,将其中 对齐项选为X轴(见图14),此时可见图15所示 的贴图效果,但贴图位置并不理想。于是可点击堆 栈信息中贴图坐标前面的图标爨,再点击边界盒 选项(见图16),然后点击旋转图标,并在下面的 坐标栏中输入必90(见图17),此后,点击图标 邀观察视角的转变,最终贴图效果如图18所示。 图14通道选择界面 Fig.14Alleywaychoice 图15初步贴图效果 Fig.15 Effectoforiginalgluedrawing 图16边界盒选项界面 Fig.16 Limit-boxoption 图17旋转角度设置界面 Fig.17 Anglecircumrotatesetup 图18旋转后的贴图效果 Fig.18 Effectofcircumrotatedgluedrawing 1.2 3DSMAX材质表现的方法 当贴图工作告一段落之后,即可对减速器的材 质表现效果进行调整。由于金属或玻璃类材质的表 现效果一直是3DSMAX材质处理方面的难点,既 需要对真实材质有一定的认识,还需要充分掌握灯 光和摄影的相关技巧。3DSMAX自带的渲染器为 ScanlingRenderer,渲染速度虽然很快,但在材质 表现上会比较麻烦,若想得到造型零件真实质感的 表现效果,则需进行复杂的设置和反复的调整。比 较而言,VRay渲染器是一款功能较为强大的3DS MAX渲染插件,其最大特点是简便易行,效果出 众,并且渲染速度很快。VRay是一款支持光能传 递和全局光照的渲染器,这样就可逼真反映光线的 变化。利用Vray的这个特性,就能渲染出较好的 材质表现效果。下面介绍运用VRay表现减速器金 属质感的相关步骤。 万方数据 燕山大学学报 1)打开3DSMAX材质编辑器,选择一个材 质球,由于金属反光效果不同于其他材质,所以在 着色基本参数中选择金属(见图19),同时将高光 强度和反光度都适度调高,对应数值可选择在100 左右,使材质球呈明显白色圆点状高光即可(见图 20)。由于赋予反射贴图后,颜色选项就没什么影 响作用了”1,所以不用改动颜色设置项(见图19)。 图19着色基本参数设置界面 Fig.19 Colorparameter 2)在图20所示选项栏中选择反射贴图,设置 贴图类型为VrayMap,并将对应参数值设为80, 其他参数采用默认值即可。 图20材质设置界面 Fig.20Materialsetup 3)在图2l所示参数设置菜单中,FilterColor 选项决定反射光的颜色,为烘托材质渲染效果,可 选用白色。 图21 反射光颜色设置界面 Fig.21 Reflexcolorsetup 在上述步骤完成后,即可将材质赋给减速器。 1.3 3DSMAX光影处置的方法 三点照明法是一种优秀的照明模式,其主要作 用是通过光照射到物体表面后产生层次丰富的阴 影变化来充分体现物体的立体感。所谓三点照明是 指场景中用三种不同属性的光源进行照明,这三种 光源分别具有各自的功能和效果,合理地加以综合 使用,就能衬托整个场景。需要说明的是,三点照 明并不是指应当用或只能用三盏灯照明,可以用多 盏灯同时照明,只不过这些灯分别属于以下三种不 同类型的光源。 一是主光源。该光源生成物体照明场景的主要 光亮部分,决定光照的主要角度和物体投射的阴 影。其亮度在所有光源中是最亮的,所投射出的阴 影相应也是较清晰的。由于主光源是三点光照的核 心,而不同的照射角度会产生不同的氛围效果,因 此为主光源选取适当的角度十分重要。通常可将主 光源放置在与摄像机一侧成350-45。的位置,距摄 像机上部一般在45。附近,这是设置主光源的最有 效的方法,当然在实践中还应具体问题具体。 二是辅助光。由于在现实生活中,来自主光源 的照明光被场景中的其他平面所反射,会给物体添 加额外的光照效果。但在计算机拟实造型中,除非 使用光能传递渲染插件,否则在计算机中必须用辅 助光来模拟上述光线的反射情况,使其效果更为逼 真。此外,辅助光还能给场景增加色调。当辅助光 万方数据 第3期 韩宝玲等3DSMAX贴图、材质及光影功能在机电产品拟实造型中的应用 235 位置与主光源位置夹角为90。、并且摄像机也在这 个角度范围之内时,通常可发挥出最大的辅助照明 作用,使物体的光照效果更加突出。辅助光的位置 通常设置在物体上方并与摄像机形成00~300的夹 角,而左右可与摄像机形成150~600的夹角。 三是背景光。背景光又称背光,其作用是照亮 物体边缘,使物体与背景分开,从而增加对比,突 出主体。由于背光在物体后面,应将其设置得很 亮,甚至比主光还要亮,这样才可使物体可见的边 缘加亮,而且不会干扰主光的阴影效果。为避免背 光被物体完全遮挡,应适当将背光的位置抬高,但 方向应指向摄像机。 按照以上原则和方法,可将各种灯光布置得如 图22所示。 的默认渲染器是Scanline,现在要将其改为VRay。 在当前渲染器面板中,点击赋给按钮,这时会弹出 一个对话窗(见图24),选择VRay,然后点击确 定,这样即把VRay设置成当前渲染器了。 图24VRay参数表界面 Fig.24VRayparameterlist 2)由于VRay已经启动,渲染面板中会增加 Vray特有的参数。于是可在Imagesampler面板中 选择Adaptivesubdivision采样器。该采样器是一 种高级采样器,能够以较少的采样次数来获得相同 的图像质量。在使用该采样器时,Min.rate选项 控制着每个像素的最少采样数目(该值为0时表示 每个像素只有一个采样),而Max.rate选项控制 图22照明光源设置示意图 着每个像素的最多采样数目。此时设定Max.rate Fig·22Lightinglamp—housesetup 数值为2。 进行完上述步骤以后,在默认渲染参数情况下 3)先建立一个背景展示平台,然后点击材质 点击材质渲染图标囊鳓,可得渲染后的减速器造型 渲染图标渊,可得渲染后的减速器造型效果如图 效果如图23所示。由图可见,该渲染效果并不十 25所示,显而易见,该微型齿轮减速器已经呈现 分理想,还需按下述步骤作进一步处理。 出真实的金属质感。 图23默认参数渲染效果 Fig.23Effectofdefaultparameterromance 1)调节渲染参数。打开渲染面板,此时系统 图25减速器最终渲染效果 Fig.25Effectofretarderfinallyromance 万方数据 236 燕山大学学报 2005 2结语 上述微型齿轮减速器的造型处理方法及最终 造型效果表明,在机电产品的拟实造型过程中,合 理运用3DSMAX的贴图处理、材质表现和光影效 果功能,可使造型对象在产品对应的铭牌字符、材 料质感、光影细节等方面产生逼真的效果,从而为 机电产品拟实造型技术探索出一种简便易行、效果 良好的方法。 参考文献 [1]高志清.3DSMAX4.0影视广告动画制作范例精解【M].北京 中国水利水电出版社,2001. [2】WoodsC.程菊生译.3DSMAX4.0从入门到精通[M】.北京 电子工业出版社,2002. [3]顾悦英,杜牧,任广君.3DSMAX4.0经典制作教程[M] 北京:海洋出版社,2001. Applicationof3DSMAXstickingpictureandmaterialtextureand lightingfunctioninmechatronicsproductvirtuaIsculpting HANBao-lin91,LUOQing—shen92,ZHANGHuil,XINGXue-ta02 (1.CollegeofMachanicalandVehicularEngineering,BeijingInstituteofTechnology,Beijing100081,China;2.Collegeof MechatronicsEngineering,BeijingInstituteofTechnology,Beijing100081,China) Abstract:Inmechatronicsproductvirtualsculpting,wecanmakethesculptingobjecttogaintherealitysculptingeffectinCOITe— spondingnameplatecharacterandmaterialtextureandlusterdetailbyrationalusing3DSMAXstickingpictureandmaterialtexture andlightingfunction,therefore,itexploresoutahandyandeffectivemethodforthemechatronicsproductvirtualsculptingtech— nology. Keywords:3DSMAX;stickpicturedisposing;materialtexturecomporting;lusterseRing;mechatronicsproductvirtualsculpting 万方数据 3DS MAX贴图、材质及光影功能在机电产品拟实造型中的应用 作者: 韩宝玲, 罗庆生, 张辉, 邢雪涛, HAN Bao-ling, LUO Qing-sheng, ZHANG Hui, XING Xue-tao 作者单位: 韩宝玲,张辉,HAN Bao-ling,ZHANG Hui(北京理工大学,机械与车辆工程学院,北京,100081) , 罗庆生,邢雪涛,LUO Qing-sheng,XING Xue-tao(北京理工大学,机电工程学院,北京 ,100081) 刊名: 燕山大学学报 英文刊名: JOURNAL OF YANSHAN UNIVERSITY 年,卷(期): 2005,29(3) 引用次数: 0次 参考文献(3条) 1.高志清 3DS MAX4.0影视广告动画制作范例精解 2001 2.Woods C.程菊生 3DS MAX4.0从入门到精通 2002 3.顾悦英.杜牧.任广君 3DS MAX4.0经典制作培训教程 2001 相似文献(0条) 本文链接:http://d.g.wanfangdata.com.cn/Periodical_ysdxxb200503010.aspx 下载时间:2010年6月21日
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