创建隐式扭曲贴图

通过两个链接的 UV 网格指定翘曲，将 2D 对象映射到 3D 坐标。一个网格定义 2D 对象（如导入的图像或 3D 隐式体的切片）的 UV 参数，另一个网格定义在 3D 空间中的相应位置。

  1. 在隐式建模功能区，选择扭曲贴图工具。
    将显示扭曲贴图操作面板。

  2. 从目标下拉菜单中，选择要进行扭曲、定位与褶皱的 2D 对象的源（通过定位 2D 和 3D UV 网格）。
  3. 选择重复复选框可重复绘制 2D 对象，就像使用线性模式一样。
    • 在 U 计数框中输入一个值，以设置对象在 3D UV 网格跨度内沿 U 方向重复的次数。
    • 在 V 计数框中输入一个值，以设置对象在 3D UV 网格跨度内沿 V 方向重复的次数。
  4. 选择背景复选框可声明一个背景值，所有落在 3D UV 网格范围之外的点均采用该值（如果激活了 "Clamp W" 选项，还包括第三个参数方向 W 的限制，见下文）。
    在背景值中输入一个值。例如，如果目标是导入的灰度图像，像素值通常在 [0, 255] 范围内。通常情况下，0 表示黑色像素，255 表示白色像素。您可以使用这些灰度值来控制曲面的局部偏移量，其中黑色 [0] 为零偏移，白色 [255] 为 5 毫米偏移。将背景值设置为 0 后，3D UV 网格之外的所有区域都将返回数值 0，因此不会出现任何偏移。
  5. 选择 Clamp W 复选框可限制扭曲贴图在第三个参数维度 W 中的效果，该维度在每个点上都与 3D UV 网格垂直。将 3D UV 网格视为一个曲面，"Clamp W" 赋予这个曲面有限的厚度，从而形成一个影响体积。
    • 在 Min W 框中输入一个值，可设置 W 方向的影响体积下限（负数表示在 3D UV 网格之后，正数表示在 3D UV 网格之前）。该值应以长度单位进行指定。
    • 在 Max W 框中输入一个值，可设置 W 方向的影响体积上限（负数表示在 3D UV 网格之后，正数表示在 3D UV 网格之前）。该值应以长度单位进行指定。
  6. 扭曲贴图驱动的凹凸贴图偏移工作流程示例。
    • 首先在场景中选择一个要应用扭曲贴图驱动偏移的隐式体。这可能是为现有模型添加纹理、徽标甚至文本。


    • 选择“扭曲贴图”工具，然后从目标下拉菜单中选择创建图像文件。

    • 在“图像”上下文中，单击导入图标 ，可选择先前创建的包含场信息的 2D 图像，以便在扭曲贴图操作中使用。在本例中，我们使用的是波纹图案，灰度颜色数据将用于控制球体上局部曲面的偏移量。
      注： 在当前版本中，导入图像必须使用 .png 文件格式。

      选择图像后，该图像会在与全局 Z 平面平行的平面上显示在场景中。

      注： 图像看起来可能与实际情况存在差异。这是因为归一化，也是因为图像被视为一个场而不是图像。不用担心，您可以继续执行工作流程。
    • 现在，您可以设置相关选项，以确定从图像中提取数据的方式。首先，从图像中选择最能描述所需使用信息的颜色通道：红、绿、蓝、Alpha 和灰度。本教程所用图像的灰度信息在红、绿、蓝三个通道中均能完整且等效地呈现，因此我们选用默认的红色通道。

      下一个选项是翻转。通过该设置，您可以选择哪些像素强度将被视为低值，哪些像素强度将被视为高值。像素强度值的范围通常为 [0, 255]，其中 0 代表黑色，255 代表白色。在本例中，我们将黑色像素 [0] 视为零曲面偏移，白色像素 [255] 视为最大向外偏移。这对本工作流程来说没有问题，但如果想希望扭转这种关系，翻转选项将重新计算像素值，将其转换为 255 减去图像中存储的像素值，从而将黑色转换为白色，将白色转换为黑色。

      最后一个选项是归一化，它会将 [0, 255] 范围调整为一个新的范围。有两个选项 [0, 1] 和 [-1, 1]。隐式建模倾向于将负数视为实体的内部，将正数视为外部。因此，我们将使用 [1, 1] 约定。这也很有用，因为便于我们在场景中持续预览该图像。如果使用 [0, 1]，就不会有负数，即没有“内部”。这会导致图像消失，原因是查看图像会对内部区域进行着色（通常为灰色），而外部区域则保持空白。图像上下文的最终设置应如下所示：

    • 单击“图像”上下文中的确定后，将返回“扭曲贴图”上下文。您会发现图像主体上创建了一个控制包络，如下图所示。同时还能看到图像上生成的坐标系，其中红色代表参数坐标方向 U，绿色代表参数坐标方向 V。UV 坐标与由球形小控制点定义的控制包络存在内在联系。我们将在本教程稍后部分详细介绍如何编辑该控制包络。

    • 现在可以选择将要应用扭曲贴图驱动的曲面偏移的隐式体。在本例中，我们将点击球体，也就是我们正在操作的主体。只要点击这个模型，就会出现两个变化。首先，场景中会出现一个新对象，这是一个可变形的扭曲贴图对象，可以将其包覆贴合到球体上。您会发现，它同样有配套的控制包络，有自己的红色 (U) 和绿色 (V) 坐标轴。该网格与图像对象所附网格之间的控制顶点也是一一对应的。此时，场景将如下所示：球体下方可见新增的扭曲贴图主体，球体右侧显示图像对象。

    • 在这一阶段，最好开始将扭曲贴图主体包覆贴合到球体模型的曲面。此时场景中可见对象较多，隐藏图像和扭曲贴图主体可以让视图更清晰。您也可右键单击 2D 图像控制包络的任意顶点，将其隐藏。

      现在可以开始在隐式球体曲面上定位 3D 网格的控制包络顶点。您可以完全控制这些顶点的位置。您可以选择一个或多个顶点，并通过单击和拖动进行移动。将控制顶点拖动到可见实体上方后松开鼠标，顶点就会捕捉到顶点下方最近的可见曲面（朝向屏幕内侧）。若未拖动到可见实体上，直接放置在空白区域，顶点会保留在与视平面平行的平面内。如果将鼠标悬停在可识别特征上，例如曲线的末端，它会自动尝试捕捉到该特征，除非关闭了捕捉选项。最后，您还可以使用“定位”弹出窗口中的小坐标系图标，通过输入坐标来精确定位或偏移控制顶点。
      最好先调整 3D 网格四角的控制包络顶点，如下图所示。注意，包覆后的模型可发生形变，导致图像贴附在隐式主体曲面时产生出现倾斜。若想尽量减少变形，请尽量将四角排列成矩形。“定位”弹出窗口中的选项非常有用。

    • 要了解 3D 控制包络在曲面上的贴合效果，可以旋转模型并查看控制包络的线框。包络应平整铺覆在曲面上，且网格单元数量足够捕捉局部曲率。您还可以右击其中一个控制顶点，然后选择在顶部切换 3D 操纵器，防止控制包络的顶点与边穿透模型（球体）表面显示。
      对于球体包覆，仅四个顶点不足以捕捉曲面曲率，需要在控制包络中添加更多顶点。有两种添加方式：首先，可以选择一条边，然后在弹出的"定位"窗口中单击 +，在中间添加一个新顶点，将一条边分割成两条边。或者，按住 Shift 并单击鼠标左键，直接拆分边。新添加的顶点会默认放置在相邻两个顶点的平均位置，不一定落在球体曲面。将顶点移动至曲面有两种方式：将每个顶点拖动到所需的曲面位置，或者选择一个或多个顶点，然后单击“定位”弹出窗口中的移动到最近曲面按钮。该功能会将点移动到最近的可见主体，不会将顶点移动到隐藏或抑制的主体。若仅需捕捉到一个主体，可将该主体设为场景中唯一可见对象。简单调整后，即可将 3D 控制包络细化为下图所示效果：

    • 现在可以取消隐藏图像对象及其 2D 控制包络。您会发现，2D 和 3D 控制包络的顶点之间仍然是一一对应的。若对 2D 控制包络的顶点分布不满意，可以使用方便的重新采样顶点功能，该功能会在您选择 2D 控制包络顶点时出现在“定位”弹出窗口中。

      注： 如果图像与接收扭曲贴图（球体）的隐式体重叠，可将构建历史回退至图像刚创建完成的阶段，然后使用隐式建模移动主体工具重新定位。之后，确保选择重新采样顶点，使顶点也移至图像的新位置。
    • 两组控制包络设置完成后，即可基于扭曲贴图创建场，是时候创建一个基于扭曲贴图的区域，并将该场关联至偏移操作，这样就能首次精确查看扭曲贴图的效果。此时可以接受扭曲贴图了，因为可以随时返回调整各种参数，直到满意为止。
    • 单击“隐式建模”功能区中的“场”工具，然后清空驱动对象输入，移除默认选择。现在从模型浏览器中选择扭曲贴图对象。场的输入范围值将基于图像数据。
      注： 场无法识别像素强度值的比例尺与单位，会默认单位为长度单位。如果以米为单位，可以直接输入像素强度范围 [0, 255] — 无需任何修改。如果以毫米为单位，则需要乘以 1000，即数值范围为 [0, 255000]。对于非度量单位，则需要采用类似但更复杂的转换。如果在创建图像对象时对像素强度值进行了归一化处理，那么这些值要么在 [0, 1] 范围内，要么在 [-1, 1] 范围内。因此当以毫米为单位时，场的输入范围将是 [0, 1000] 或 [-1000, 1000]。

      输出范围的值取决于需要曲面向内偏移（凹刻）是还是向外偏移（凸刻）。最小值设置最深的偏移量，负数表示曲面向内偏移，零表示没有偏移，正数表示向外偏移。最大值应设置为所需的最大曲面偏移量，并应大于最小值。在本例中，我们将使用 0mm 和 8mm 作为最小值和最大值。这意味着图像的黑色区域没有偏移，而白色区域有最大偏移。本示例的最终输入参数如下所示：

    • 单击确定 确认这些输入。
    • 现在打开“隐式建模”功能区中的偏移工具 ，并将偏移方向选择为向外。此时建议输入期望通过扭曲贴图纹理实现的最大偏移量，然后点击确定 （或按 Enter 键）。这将强制调整场景边界框的大小，以适应扭曲贴图产生的场驱动偏移。如果不这样做，可能会出现纹理剪切，如下图所示。在本例中，我们将键入 8mm 然后单击确定 。现在单击应用场按钮并选择刚刚创建的场。纹理效果将正确显示在模型上：

    • 如上一步所示，纹理超出了指定的控制包络的边界。从目前的输入输入参数而言，这属于正常情况。要强制纹理保持在控制包络的范围内，需右击“隐式建模结构历史”中的扭曲贴图，对其进行编辑。您可以选择编辑，它会将历史时间轴回退至偏移操作之前；或者选择编辑配方，它会在您编辑扭曲贴图时显示偏移纹理。
    • 编辑扭曲贴图时，选择背景复选框。背景值选项会为所有位于控制包络之外（即所选 2D 图像区域之外）的点设置像素值。在本例中，我们不需要偏移，让原始曲面保持在控制包络外的相同位置。由于我们将图像像素值归一化为 [-1, 1] 范围内的值，因此合适的背景值为 -1，即该范围内的最低值。这也是根据之前创建的场映射到零偏移的值。这一更改将把纹理限制在控制包络内，如下图所示：



    • 此时纹理已被限制在控制包络的延展范围内。不过，如果旋转模型，就可以看到纹理效果穿透了整个球体，并出现在球体背面。

      要防止这种情况发生，您需要在扭曲贴图上下文中选择 Clamp W 复选框。U 和 V 参数坐标沿控制包络横向移动，而 W 坐标始终垂直于控制包络，与曲面法线方向类似。如果选择了 Clamp W，则任何位于 Min W和 Max W 之外的空间区域都将被视为包络外部，并应用背景值。
      在本例中，我们知道最大向外偏移量为 8 mm，因此我们将此值用于 Max W。对于 Min W，数值为零可将纹理效果限制在原始曲面，也就是控制包络所在的位置。也就是说，控制包络上所有点的 W 坐标均为 0。正确的输入如下所示，可以看到纹理不再穿透球体。

    • 在很多情况下，使用的纹理样本图像的大小并不适合模型。可以使用重复选项，在控制包络的 U 和 V 方向平铺纹理，从而解决这个问题。需要通过设置 U 计数和 V 计数，输入想要查看的图像副本数。如果图像可以平铺而没有明显的接缝，重复效果最好。

    • 最后一个建议，在某些区域添加纹理而其他区域不添加可能会带来一些视觉假象。使用“隐式建模”功能区中的“平滑化”工具，并将其应用于扭曲贴图对象，可以解决多数此类问题。平滑操作的最佳时机是在扭曲贴图对象创建完成后立即执行。

    • 如果按照本示例中概述的流程操作，就可以使用 2D 图像数据作为数据源，为 3D 模型施加各类曲面效果。下例展示了将包含 Simplex Noise 的图像包覆到局部人体模型上的效果。这样的纹理既实用又美观。重要的是，只需改变 2D 图像输入，就能对设计进行更新/迭代。这为使用隐式建模进行计算设计提供了新的可能性。