摘" 要：Cinema 4D是计算机辅助设计领域中较为前沿的应用工具，文章就如何应用Cinema 4D进行IP形象全流程设计制作展开研究，分析IP形象在设计制作和应用过程中可能遇到的问题，提出IP形象全流程的有效设计制作方法。并且以自身IP形象设计为例，总结出一套有效、易用的技术指南，如三维建模、UV拆分、灯光材质渲染、骨骼动画、表情包制作、数据交换等。应用Cinema 4D辅助设计IP形象这一套全流程的设计方法，可以较为容易地解决IP形象设计中各流程的技术问题。
关键词：IP形象设计；三维设计；Cinema 4D
中图分类号：TP39；TB472" 文献标识码：A" 文章编号：2096-4706（2024）18-0145-07
IP Image Shaping Research Based on Cinema 4D
YU Hourong， PENG Qian
（School of Big Data Engineering， Kaili University， Kaili" 556011， China）
Abstract： Cinema 4D is a relatively cutting-edge application tool in the field of computer auxiliary design. The paper is based on how to apply Cinema 4D for the full process of IP image design and production. It analyzes the problems that IP image may encounter in the design and application process， and proposes effective design and production methods for the entire process of IP image. Taking its own IP image design as an example， this paper summarizes a set of effective and easy-to-use technical guides， such as 3D modeling， UV disassembly， lighting material rendering， skeletal animation， emoji production， data exchange， etc. Applying the design method of the full process of Cinema 4D auxiliary design IP image can easily solve the technical problems of various processes in IP image design.
Keywords： IP image design; 3D design; Cinema 4D
0" 引" 言
近年来，IP（Intellectual Property Right）成为席卷全球传媒产业的热门概念[1]。IP形象设计是一个涉及创新、创意和视觉艺术的过程，其目的是为一个特定的知识产权，如一部电影、电视剧、游戏、品牌、产品或文化知识等。创建一个独特且具有辨识度的视觉形象，这些形象可以是角色、漫画、包装、品牌识别标志等。
Cinema 4D是一款由德国Maxon公司开发的高级三维动画软件，主要用于制作复杂的三维动画和模型[2]。在IP形象设计用中，Cinema 4D几乎可以涵盖所有的技术路线。一般为概念设计、模型制作、模型UV展开、模型贴图、材质设定、骨骼绑定、动态设定、动画设计、周边设计等，如图1所示。
1" IP三维模型塑造方法
三维建模主流的方法有多种，如参数化建模、多边形建模、曲面建模、雕刻建模以及摄影测量建模等。在不同的领域细分，三维建模使用方法有所区分，如摄影测量建模它能够创建照片般逼真的模型，通常用到文化古迹的还原和场景重建应用中[3]。介于IP形象的设计大多为可爱的卡通形象，模型以圆润光滑为主，所以在IP建模上以曲面建模和雕刻建模为主、参数化建模和多边形建模为辅。
1.1" 参数化建模
参数化建模工具包里富含丰富的基础的几何体，如立方体、球体、圆柱体等，几何体的相互组合和堆砌可以形成不同的造型样式。一些复杂的形状则需要使用曲线建模的形式实现，曲线工具包里有各种样式的曲线，如圆环、正方形、星形、花瓣等，我们通过调整参数来修改它们的大小、角度、分割等属性，配合参数化生成器的使用，包括挤压、旋转、放样、扫描等工具，从而生成不一样的造型。在IP形象建模中，通常使用参数化生成器配合不同的曲线进行建模，我们通过定义曲线的参数和控制点，创建出复杂的曲线形状，然后通过调整参数来改变曲线的形状和曲率来生成不一样的三维实体，以满足特定的设计需求。通过调整参数，可以在保持模型整体结构不变的同时，灵活地改变其外观和细节，从不同参数产生各种个性化设计造型中进行优选。如图2所示，冰激凌IP通过改变体积建模的体素大小参数，对流体产生不同的造型以供选择。
1.2" 多边形建模
多边形建模是将多个多边形面片组合在一起来生成复杂的三维模型技术。在Cinema 4D中，通常使用立方体作为基本构建单元，把立方体添加一级细分曲面后，立方体立刻从六边面变成二十四边面的形体，并通过点、线、面模式的调节，位置、缩放、旋转等属性调节，变化形成所需的样式。
在进行多边形建模时，通常需注意到模型的拓扑结构，良好的拓扑结构可以确保模型在动画、渲染和其他后续处理中有良好表现，也便于进一步的修饰和细节添加。在Cinema 4D中，通常需要把模型制作成规律的四边面，避免出现三边面和五边及以上的面，不良的布线会导致模型在后期渲染会出现不光滑、流畅度不高等问题。
多边形建模在创建角色、场景、配饰等模型上适用，它可以对模型的细节精准控制，能够塑造出高保真和细节丰富的模型[4]，以满足IP形象设计的要求。
1.3" 雕刻建模
雕刻建模是一种数字模型雕刻技术，类似于ZBrush的工作模式，它将三维建模变成了小朋友玩泥巴那样简单有趣。通过手写板或者鼠标来控制ZBrush的立体笔刷工具，自由自在地随意雕刻自己头脑中的形象[5]。与传统的多边形建模不同，雕刻建模更加注重在模型表面细节的添加和修改，就像是在真实物体上雕刻一样。
在Cinema 4D中，通常使用多边形建模完成形体的大体塑造，在过去的模式下，会用磁铁工具和软选择衰减等工具进行细部的深入，而现在只需调整成雕刻模式，增加细分水平并使用抓取与拉扯工具[6]，即可绘制和添加细节。通过调整画笔的大小、强度和形状，以精确控制雕刻的效果。雕刻模式包含各种雕刻工具和选区功能，可精确地控制和调整模型。
雕刻建模在各种领域中得到广泛应用，如角色建模、环境建模、产品设计等。它使设计师能以直观的方式对模型进行雕刻和细节的添加，从而创建出具有丰富纹理和细节的高保真模型，为IP形象设计增添更多的表现力和真实感。但雕刻建模对比多边形建模会有一些弊端，由于雕刻的细节较多，模型的分段密度大，导致模型在游戏制作使用或动画制作使用中会遇到卡顿、不流畅等问题，所以雕刻模型通常在后期需要进行重拓扑工作，用于制作达到可使用的低多边面模型，然后把复杂的细节转化为法线贴图来保留。
1.4" 变形器的使用
在Cinema 4D中，变形器有对模型、对象或元素进行变形、扭曲和调整的作用。即使是细节丰富的完整模型，也能通过变形器进行变化调整，以及制作和匹配简单的动画生成。常用的变形器包含以下几种：
1）FFD变形器：该变形器可以把物体激活成分布均匀的网格点，通过调整网格点的位置来改变物体的形状。
2）扭曲变形器：该变形器可沿着轴线扭曲对象，从而创建扭曲效果。
3）爆炸变形器：该变形器可使对象规律的炸开，产生随机特性，生成有序而凌乱效果。
除此之外，还有螺旋、溶解、球化、置换、膨胀、公式、风力等变形器，满足不同类型的变形需求。变形器可以单独使用，也可以组合使用，通过层叠或应用到不同组件的子集上，实现复杂的变形效果。使用好变形器，可以进行精确的变化和调整，为模型添加独特的形状和动态，使IP造型更加个性化和吸引人。
1.5" 综合运用
以苗族角色姜央IP建模为例，如图3所示。姜央是苗族古歌中人类的祖先，头部建模以立方体作为基础形体，调整好合适大小并转化为可编辑对象后，为其添加一级细分曲面，立方体转变成低四边面的球体，且布线均匀、平滑。接着给模型做对称处理，在线模式下选取模型中心线，删除一半面，给予模型对称生成器对称即可完成，在对称模式下调整形体一边的点、线、面，另一边同样会产生镜像化的效果。需要注意的是，在对称的模式下，需要勾选“在轴心上限制点”和“删除轴心上的多边形”这两个选项，这样在模型的制作过程中，选中的中心线就会变为一根限制红线，点、线、面无论怎么调节都不会超过对称红线，不会出现在对称平面上穿模等问题。
基础环境调整好后，接着就在对称模式下进行整体形体的塑造，第一遍的塑造以大型为主，使用磁铁工具拉出形态的整体大小、比例和结构等。接着，会发现细分线段不够，不能继续添加更多的细节，则再次整体添加一级细分曲面，给予模型一级细分布线，在细分曲面的添加上，必须层层加码，一层叠加，一层赋予细节，当细节不够用时，才能继续添加细分曲面，类似我们在绘画时，整体观察，逐步深入的理念。这样出来的模型，才会布线良好，整体自然，细节丰富。
当模型整体完善就可以通过雕刻模式进一步细化了，俗称高模雕刻。进入雕刻模式后，模型的布线会被系统重新调整，可以在雕刻模式下画出细微的纹理和凹凸。整个流程对比直接使用ZBrush建模大有裨益，因为后期不用进行二次拓扑，可以快速满足动画制作、游戏制作等后期的需要，也降低了计算机的硬件压力。初期的多边形建模的面布线均匀，分选线少，后期的雕刻模型可烘焙成法线贴图添加到低模上，这样的既满足了细节的需要，也满足了低模的特点，在后期骨骼绑定、姿态调节、动画制作以及导入游戏中都可符合标准使用。
各个部件的模型完成后，需要进行整体的体态调整，如手臂的轻微向前弯曲，眼睛贴合头部曲面等细节问题，使用FFD变形器或者扭曲变形器就可以完美匹配，拿眼睛为例，使用FFD变形器把眼睛分成若干个网格，调整网格点，让点位趋近于脸部轮廓即可。
2" UV拆分和贴图绘制
如果说建模是画骨，那么UV绘制就是画皮。UV展开是计算机图形学领域用于三维模型表面纹理贴图的一项技术，主要通过三维模型表面网格的形变，建立三维坐标到二维图像坐标之间一对一的映射关系[7]。UV拆分是三维模型处理过程中的一个重要步骤，一个模型可分成不同的UV组件，这能更简便地选择所需区域，UV拆分实质上就是将三维模型的表面在二维平面上展开，以便将二维纹理图像映射到三维模型上。UV拆分的过程包括以下步骤：
1）标记缝隙。这是确定在哪里“剪开”模型以将其展开成二维平面的过程。在复杂的模型中，这一步可能需要仔细规划和多次尝试。
2）展开UV。在标记好缝隙之后，将模型的表面展开到二维平面上。这一步骤应该尽可能地保持面部分的比例，以避免纹理在映射过程中发生变形。
3）排列和优化UV。在UV展开后，需要对UV面进行移动和旋转，以最大限度地利用纹理空间。在这个阶段，可以检查并修复任何可能出现的重叠或变形问题。
拿长薄鳅的UV拆分举例，如图4所示。把模型导出obj格式后导入Unfold 3D软件里，选择鱼身位置从腹部抛开，其他附件沿着接口处减下再依次从中间位置剪开、展开，最后把展开的UV整齐摆放在平面上，并检查UV的舒展度，达到整体的平缓、舒展即可，这过程就好比把鱼皮完整的剥下来，然后平整的放置在台面上，不能有任何的卷曲。展好后的UV，给予对应的皮肤赋予上去，这张带皮肤的贴图就会自动匹配三维模型，当把模型放回三维软件中，鲜活的带皮肤的形象模型就完成了。
3" 贴图绘制
贴图绘制是三维建模过程中的重要环节，主要用于添加颜色、材质、凹凸和细节信息到模型的表面上，纹理映像技术可以赋予模型逼真的纹理[8]。这个过程通常发生在模型建立和UV拆分完成之后。与上述长薄鳅的基本贴图比较，贴图绘制是在基础贴图的基础上更加深入的绘制模型表面的细节，如凸起、破损、表面个性化痕迹等信息。下面是关于贴图绘制的基本概念和步骤。
3.1" 贴图的类型
贴图的类型主要有：
1）颜色贴图。这是最基本的贴图类型，用于定义模型表面的基本颜色和纹理。
2）法线贴图。法线贴图是一种蓝青色贴图，用于记录模拟模型表面的凹凸效果，而不需要在模型阶段体现。
3）光照贴图。光照贴图用于定义模型表面的反光程度和发射颜色，可以产生出金属或湿润表面的效果。它基于光线和表面的相互作用，产生出复杂的光照效果。
4）透明度贴图。透明度贴图用于定义模型表面的透明度，可创建玻璃、水或其他半透明的材质。
3.2" 贴图绘制的步骤
市面上主流使用Substance Painter绘制贴图，Substance Painter是一款纹理材质绘制软件，支持基于物理渲染（Physically Based Rendering， PBR）技术，能够以更加高效的流程制作出高质量的材质[9]。首先把UV展开后的obj模型导入Substance Painter中为其添加主要材质、Substance Painter里预设的材质很多，有金属、石头、木材、玻璃等，赋予材质后可以根据不同的属性要求进行个性化调节，让预设材质呈现出不同的质感。接着，在纹理集选项卡里添加图层，通过绘画工作来绘制纹理，使用不同笔刷样式来绘制表面个性化的肌理和材质效果。
如图5罗氏宗祠贴图绘制所示，首先赋予模型石材的整体质感，在通过画笔工具为其添加丰富细节和真实感，绘制出表面的年代感、历史感，提升模型的视觉效果。
4" 灯光材质渲染
在Cinema 4D中，主流使用OctaneRender渲染出图，渲染的整体思路为先灯光、后材质。OctaneRender提供优良的灯光解决方案。我们从很多的电影作品中看到三点布光的照明方式。三点布光法指的是使用三种不同性质的光源和建立在三个不同方向上的照明布局，具体为主光源来确立影调的秩序感，辅光源补充过暗的局部细节，背光或顶光勾勒物体轮廓。
首先在靠近摄影机方向赋予HDR环境光为主光源，HDR环境光有很多选择，根据不同的场景需求切换不同的HDR环境光，找出哪种HDR环境光更能展现出场景调性。其次靠近摄影机另一侧设置补光，补光的整体思路为哪里过暗就补哪里，但不宜强于主光源，通过调整辅助光的强度，直到得到和谐、自然的整体照明效果。接着在物体的后方或者是上方设置背光或顶光，通常称为轮廓光。轮廓光的作用是勾勒出物体的基本轮廓以及将物体从背景中突显来[10]。
灯光制作完成后，就需要进行贴图匹配了，在使用Substance Painter贴图绘制中，一般会产生颜色贴图、法线贴图、透明度贴图等多张材质贴图，这些贴图需要在OctaneRender材质通道里进行节点连接才能完整的匹配搭配模型上。
OctaneRender提供了丰富的材质选择，主要归纳为漫射材质、光泽度材质、金属材质、透明度材质和混合材质等。表面粗糙的物体，如墙面、地面、纸张等通常使用漫射材质；塑料、金属、水面等反射强度高的物体通常使用光泽度材质，通过调节不同的反射参数得到不同的材质表达，一般塑料的反射强度为1.3，反射度高一些的塑料可到达1.8，越往上就越接近于金属表面的反射效果。选择一个合适的材质之后，就可以通过节点编辑器把对应的贴图节点进行匹配，通常表面贴图连接到颜色节点、法线贴图连接到法线节点、凹凸贴图连接到凹凸节点、透明度贴图连接到透明度节点等，对应的节点连接后，通过设置和刷新就能看到渲染效果了。
如图6所示，姜央IP渲染步骤首先为赋予场景HDR环境光，定出IP整体的明暗关系，并在背景面设置面光作为背光补充。这样的好处有两个：一是可以拉开背景和主体物的景深，产生空间感；二是可以使主体物产生一个轮廓光，使边缘更加清晰。其次使用面光源补充暗部细节，让暗部变成透明感。灯光调整好后，接着就为模型上材质了，整体的材质以光泽度材质为主，配合渐变色的使用，使得色彩更加丰富。帽子部分通过UV纹理贴图连接到材质的表面节点。
5" 骨骼与动态
角色绑定是动画影片中必不可少的重要部分。它可以使角色充分地表达性格，增加动画师的操控性[11]。角色的绑定和动态制作通常步骤较多，掌握难度大，尤其是针对复杂的角色绑定制作。
在IP形象设计实践中，目前有较为简易的方法，可以满足部分动态制作的需求，以苗族IP姜央为例，如图7所示，首先在C4D中将模型调整至符合实际身高的大小比例，并以两脚底中点位置设置为模型坐标轴位置放置在C4D坐标原点上，并将模型转化为FBX或者OBJ格式导出。需要注意的是，导出模型之前需进行优化，其一，所有带有生成器或者变形器层需转化为可编辑对象；其二，模型的各部件的分段越少越好，较少的分段便于后期制作骨骼动画以及权重优化；最后，复杂的模型结构可使用立方体代替，例如角色的鞋子、头部等模型分段数高且复杂的形体组成等，可先用立方体代替其位置，最后使用约束工具进行匹配即可。模型导出后，进入Mixamo网站绑定页面，点击“Upload Character”上传导出的fbx格式模型，根据网站提示，把骨骼点放入模型关节位置进行匹配，完成后等待系统解析，自动完成骨骼绑定。
绑定完成后，把T-pose模型下载回来，使用C4D插件RH Character Tools工具为角色添加控制器，方便对角色的姿态进行调节。RH Character Tools角色工具使用时，需删除模型和骨骼外的所有文件，才不会出现绑定失败的错误。控制器匹配完成后，可进行一系列的姿态调节，通过调整角色骨骼到极端位置，观察角色骨骼的权重优化是否得当，不当处可使用权重工具刷，调整到平滑选项，把穿模位置进行平滑涂抹即可。
在Mixamo动画库中，有2 000组的骨骼动画，有站立的、走路的、跳舞的，等等，基本上衣食住行的动画骨骼都能找到，经过我们的筛选，找到需要的动画骨骼下载导入Cinema 4D，即可使用RH Character Tools工具把动态烘焙到角色的骨骼上，角色便动起来了。当然，Mixamo的动画库也不是万能的，也有很多特定所需要的动态是没有的，这就需要通过进行手动K帧或者分镜表达的形式来展示了。
6" 表情包的应用
表情包是以卡通造型为图形基础，形成主题性、符号化、系列性的结构，具有辅助表达情感功能的成套图像[12]。在现代的互联网和社交媒体环境中，IP形象表情包被广泛用于表达情绪，增强沟通效果，同时也可以有效地推广和宣传品牌或产品。
在聊天软件和社交媒体平台上，用户可以使用表情包来表达自己的情绪和态度，使得文字交流更加生动有趣。IP形象作为表情包的一部分，通过创建和分享与品牌相关的表情包，企业可以提高其品牌知名度和影响力。表情包也可以用于构建特定的社区文化。例如，一些游戏或动漫社区会创建一系列与其主题相关的表情包，这不仅增强了社区成员的归属感，也使得他们更加热衷于参与到社区的活动中。
IP形象表情包设计，可以通过局部表情配合文字表达，也可以通过动作配合文字的表达，无论哪种，都是把IP鲜活的展现出去，来激发人们对品牌的兴趣。如图8彩虹舞蹈表情包设计为例，利用网站绑定的动作库，通过文字和动作的双重结合实现表情包的创作。具体的制作方法如图9表情包设计技术流程所示。把模型以T-pose的形式制作完成后，放入Mixamo进行绑定，绑定好之后导回Cinema 4D中，进行灯光和材质的渲染，调整好T-pose的渲染效果。接着利用Mixamo上的动作库，挑选出合适的动作若干个导入Cinema 4D中，接着用RH Character Tools工具进行骨骼动态的烘焙，分别把不同的动态骨骼，烘焙到T-POSE模型上，这样，我们的IP就有了动态效果了，调整好摄像机角度，渲染出动态的序列帧就可以进行后期调整了。后期输出使用After Effect，把渲染好的序列帧导入，节选需要的动作片段，配上合适的动态文字，输出GIF格式。这样，我们的表情包就制作完成，制作出一个系列之后，就可以上传到微信表情包上进行传播使用了。
7" 动画和后期制作
三维技术在动画设计中应用广泛，三维动画形式的多样化进一步提高了动画制作的效率[13]。三维动画制作是一个涉及创意、设计、模型、骨骼绑定、动态调节、渲染等多个步骤的过程。IP形象想要鲜活并为大家所认知，创作动画故事赋能不可避免。目前动画公司都有较为先进的动作捕捉系统，通过动画演员的演绎，就能把角色演绎得栩栩如生。对于个人设计师来说，没有先进设备，没有专业演员的支持，很难创作出动作自然、细节丰富的动画作品来。
经过实践，目前有较为经济、简单的制作方法，依然是使用Mixamo的2 000个动作库。通过2 000个动作库的筛选和使用，以及巧妙的分镜设计，可满足大部分的动态使用需求。但动作库的动作有限，很难达到特定的使用场景，这就需要把动作库和手动调节相结合了。动作库的骨骼动画都是和谐自然，符合运动规律的，但是动画的制作有时需要拟人，有时需要拟物，我们在使用动作库的时候，可以把有用的动作进行关键帧的烘焙，通过不同位置的调节，时间长短的调节，即可快速的模拟出想要的效果。
角色动画完成后，就可以放入场景中进行匹配了。场景上，可以直接使用Cinema 4D建模创造场景，也可以使用Unreal Engine引擎来创造场景，这得看动画的制作调性来选择。有了动作和场景，只需要设置摄像机的推、拉、摇、移进行拍摄，把分镜头依次的拍摄出来。拍摄出来后渲染成序列帧即可导入After Effects或者Premiere进行片段合成、配音、配乐和后期处理了。
动画的制作过程虽然步骤烦琐、涉及内容广泛，但通过这套实践方法，可解决制作难题，掌握制作技巧。
8" 数据交换
Cinema 4D功能虽然强大，但IP形象制作的需求多样化，特别是应用于城市形象IP和景区形象IP的动画赋能中，需要目前较为流行的实景和动画相结合的制作，以及在动画里的播放介质中嵌套播放其他的视频。这个时候，Cinema 4D会遇到功能上的瓶颈，就需要与After Effects进行一个交互使用了。After Effects自身集成了Cinema 4D文件的调用功能，在Cinema 4D当中创建的模型文件不用渲染输出就可以直接导入到Cinema 4D中进行动作设置，非常便捷[14]。
在实践中，Cinema 4D和After Effects之间数据交换主要使用在变化的动态中，需解决如何能进行运动跟踪，并把三维透视应用在二维的视窗中等问题。所以在Cinema 4D中导出的相机和灯光数据可进入After Effects中打开，在后期合成上就能完全的匹配动画的运动路径。在After Effects中，可以添加文本、形状、图像等2D元素，或者添加颜色校正、粒子特效、扭曲变形等视觉特效，由于已经导入了Cinema 4D的相机和灯光数据，这些2D元素和特效可以完美地与Cinema 4D的3D场景融合。
总的来说，Cinema 4D和After Effects的数据交换可以使动画制作更为灵活和高效。我们可以在Cinema 4D中创建复杂的3D元素，在After Effects中添加精美的2D元素和特效，从而创作出富有深度和动态感的动画。
9" 结" 论
IP形象设计是涉及文化、社会、科技等多领域多学科的交叉应用，是技术与艺术、工学与美学的结合。Cinema 4D在IP形象设计中有着全流程的覆盖作用，无论是建模、UV拆分、贴图绘制、Octane渲染、骨骼动态、表情包制作及动画设计等制作上都富有优势。应用Cinema 4D辅助设计IP形象这一套全流程的设计方法，有效科学地解决了IP形象设计过程中遇到的技术问题和应用问题，促进了IP形象设计上的技术发展，个人可较容易的完成IP形象设计的制作任务，创作出更多优秀作品。
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作者简介：于厚荣（1990—），男，侗族，贵州玉屏人，讲师，硕士，研究方向：动画、产品设计；通信作者：彭茜（1992—），女，汉族，湖南益阳人，讲师，硕士，研究方向：包装设计、动画。
