江涛 孙胜男
摘要：文章对汽车涂装效果的计算机辅助设计进行了研究，论述了3dsmax Unwrap UVW贴图展开技术的原理和二维网格生成工具的特点。在该技术的支持下，可以先在3dsmax中依次完成车辆模型的建立和贴图展开，然后进行贴图方案的平面设计，并返回3dsmax渲染和展示。按照该方法测试了半挂车厢、轿车等案例，证明该方法可以用于汽车涂装效果设计。
关键词：汽车涂装；
3dsmax；
Unwrap；
贴图；
二维网格
中图分类号：F416.471 文献标识码：B
文章编号：1009-3044（2023）13-0110-03
开放科学（资源服务）标识码（OSID） ：
0 引言
无论是出于汽车用户个性化的改装需求，或是汽车企业品牌展示的需要，或是驾驶模拟、赛车游戏中出场的虚拟车模，都可以在已有造型的基础上开展涂装设计。目前对汽车涂装的研究主要在材料、表面处理工艺和喷漆设备上[1-2]，对涂装效果方案的设计方法、计算机辅助设计研究较少。
本文将针对涂装设计过程中的计算机辅助设计问题开展研究，一般都是对实车图片直接进行平面效果图的修改和设计，比如用Photoshop直接绘制或修改出造型涂装方案[3]，但平面效果图无法进行三维多视角下的观察和渲染，不利于方案的评估和对比。
为了保证设计效率和方案展示的效果，本文提出了一套切实可行的汽车涂装计算机辅助设计方法，通过两款不同代表性的车型涂装实例进行实践。核心是3dsmax的Unwrap UVW贴图展开技术，它使得模型在赋予贴图时，贴图上的图案能显示在模型上正确的位置。
1 3dsmax Unwrap UVW贴图展开技术
平面贴图可以铺开到三维模型表面，形成表面覆盖效果。可以将图片直接铺在简单的平板模型上，不会存在扭曲，比如显示屏幕。但较复杂的曲面模型就需要指定UV坐标，使图片像素能够准确对应到模型网格的表面。3dsmax自带了Uvw map和Unwrap UVW两种模型编辑器，用来处理模型的贴图展开。前者适合形状规则的平板、球体、圆柱等模型，能够满足车牌、指示牌、地球仪、玻璃瓶的贴图需求，但对于车身等不规则模型，就需要采用后者[4]。
具体方法是在3dsmax中将模型指定Unwrap UVW编辑器，映射生成二维网格，然后根据二维网格来设计平面贴图，如图1所示。这种技术在人物角色[5]、游戏、产品设计[6]、建筑[7-8]等领域已有使用。本文将结合车身模型的需求，对该项技术进行更深入的论述。
Unwrap UVW编辑器分为点Vertex、边Edge、面块Polygon三个操作层级，如图1所示。在工作界面上分为三维建模窗口和二维编辑窗口，其工作原理是将三维网格进行平铺展开，映射到正方形的平面空间，形成二维网格，两种网格在点、边、面上是对应的。正方形的平面空间又对应着平面贴图，这样平面贴图上的像素图案就和三维模型网格建立了关联。
三维模型网格越复杂，则映射二维网格的难度也越大。因此贴图展开前应该优化模型网格的密度，网格布线应规则有序，在满足精度要求下尽可能使用轻量化的模型。这对减少渲染资源消耗也是有益的，特别是车辆这类网格数较高的模型。
在网格映射上，可以选择全部或部分网格面，进行分离、移动、旋转、缩放来生成和调整二维网格，也可以借助内置的自动化工具来快速生成二维网格，各工具对比如表1所示。如果模型较复杂，可以将不同局部先分离，各自使用不同的工具以提高效率，并结合手动工具进行修正。
2 设计实践
以Unwrap UVW技术为核心，结合车辆建模和网格的特点，基于3dsmax的汽车涂装设计流程为：
1） 完成3dsmax车身建模。可以采用3dsmax Edit Poly建模，或导入其他软件的模型到3dsmax中。
2） 优化车身网格，可以选择较低的网格光滑层级或导入网格数，以减少车身网格的面数。
3） 用Unwrap UVW技术进行车身模型的贴图展开，根据车身形状和贴图分布的要求，选择合适的网格区域和二维网格自动生成工具。
4） 用生成的二维网格线框图为参考，在Photoshop等平面设计软件中开展涂装方案的平面贴图设计。
5） 将平面贴图装载在车身材质上并赋予车身模型，形成涂装效果。更换贴图就可以形成不同的涂装方案，注意3dsmax车身材质在使用贴图后，会覆盖其主色，要修改涂装颜色只能修改贴图。
6） 可加入材质反射、车辆附件、场景、灯光等渲染要素制作效果图，更好地评价最终效果。
下面将通过代表性的车型涂装实例进一步实践，核心在于车身模型的贴图展开。
2.1 货车車厢、客车等方形
对于货车车厢、客车等方形，因为形状较简单规则，可以选择整个车身网格，在Unwrap UVW贴图展开中，使用Normal mapping工具，设置合适的法线方向，直接一次映射出二维网格。
以半挂车厢为例，如图2为没有涂装效果的原始3dsmax货箱模型，图3为映射出的二维网格和参考二维网格制作的贴图方案，该贴图大部分区域为灰色的底色，在侧面加上了抽象图案和红白相连的警示线，图4为加上车轮后的整体涂装效果。
2.2 轿车等曲面形体
轿车具有不规则的曲面，且网格数较多。为了减少干扰，可以把车轮、玻璃、车灯等不涉及涂装的附件从车身模型中分离出去，也有利于这些附件使用带有反射和折射效果的材质。对剩下的车身模型，不能像卡车、客车那样对整个网格直接映射处理，需要化整为零。
将车身分成多个变化平缓的局部网格组，比如左右侧面、顶面、车头面、车尾面，各个局部根据各自的朝向设置使用Normal mapping或Project工具，并移动、旋转、缩放各个网格组，使它们均匀地摆放在正方形空间。
以一辆轿车为例，如图5为去掉附件后的3dsmax车身模型，图6为车身映射出的二维网格和参考二维网格制作的贴图方案，大部分区域为黄色的底色，在侧面和车头的网格组区域加入了彩带和车号图案，图7为加上车轮和附件后的整车涂装效果。
3 结论
本文首先论述了3dsmax Unwrap UVW技术的原理和自动网格映射工具的特点，提出了车辆涂装设计的技术流程，并通过代表性实例对车辆涂装设计进行了实践，针对不同的形状和复杂程度采用了不同的映射工具，以提高设计效率，减少人工操作。综上本方法可以为各类车辆涂装设计提供参考，提升车辆的个性和品牌展示效果。
参考文献：
[1] 王增，徐镇，黄凌玉.汽车内外饰设计用涂装材料及其工艺研究进展[J].表面技术，2019，48（6）：338-345.
[2] 陈兆波.一种汽车涂装套色工艺的优化[J].现代涂料与涂装，20s22，25（7）：52-54.
[3] Vasiliy Kanevskiy.数位板汽车侧视图二维渲染教程[J].工业设计，2015（2）：42-43.
[4] 刘娜.3ds Max中UV的展开方法[J].电脑知识与技术，2012，8（11）：2617-2618.
[5] 徐智明，戚湧.基于UV贴图优化人体特征的行人重识别[J].计算机工程，2022，48（11）：83-88，95.
[6] 祁甲民，冯兰芳，陈艳雷，等.逆向工程中三维建模模型纹理贴图方法探究[J].制造业自动化，2018，40（5）：112-114，128.
[7] 王一轩.虚拟展馆建设中的贴图烘焙技术[J].信息与电脑（理论版），2015（24）：13-14.
[8] 王硕，张健钦.构建三维城市模型中贴图技术的研究与应用[J].北京测绘，2018，32（2）：159-164.
【通联编辑：梁书】
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