Blender でハードサーフェスモデリング

カテゴリ：blender

一般的なポリゴンモデリングに役立つツールはモデリングの際に知っておくと便利な機能を参照。

概要

ハードサーフェスモデリングのやり方には大きく分けて２種類ある。再分割モディフィアを使う方法と使わない方法とだ。車や航空機などの曲面で構成される物体は再分割モディフィアを使い、逆に平面が多い物体は再分割モディフィアを使わないことが多い。再分割モディフィアを使わないハードサーフェスモデリングはモディフィアを使った非破壊編集でモデリングするのがトレンドだ。

ベベル

ベベル（モディフィア）を正しく適用するにはクリーンなトポロジーが必要になる。ハードサーフェスモデリングでは汚いトポロジーを生成するブーリアンを多用するため、結局リトポロジーが必要になる。しかしメッシュを Blender の外に持ち出さないならば、ベベルシェーダを使うことでリトポロジーの手間を省略できる。

ベベルモディフィアとブールモディフィア

ベベル後にブールをスタックすると正しく処理できるが、その逆はできない。なぜならベベルモディフィアはきれいなトポロジーしか処理できないからだ。ブールモディフィアはトポロジーの汚い n ゴンを生成するため、ブールモディフィアの後にベベルをスタックすると正しくベベルをかけられない。

ブール後にベベルをかけたい場合は、ブールを適用した後で手動でトポロジーを修正する必要がある。

シュリンクラップ（shrinkwrap）モディフィアやリメッシュ（remesh）モディフィアでトポロジーを修正することもできる。

ベベルモディフィアとブールモディフィアのスタック順

ベベルと辺の関係

ベベルを使って穴をあけたとき、たいてい辺が穴に直交しない。穴に直交しない辺があるとき、ベベルモディフィアが正しく機能しない。

穴に直交しない辺

ナイフ等を使って穴に直交するよう辺を直すと、正しくベベルをかけられる。

穴に直交する辺

Korean Bevel

Korean Bevel とはスムースシェーディングのときに、辺にループカットを入れて法線をコントロールする技法だ。サポートエッジ（再分割曲面をコントロールするために挿入されるループカット）に似ている。Korean Bevel はポリゴン数の増加と引き換えに、法線の編集も法線のベイクもなしにシェーディングをコントロールできる点が強みだ。Korean Bevel を除去してベベルを適用するのも容易だ。

Korean Bevel

なぜこの技法が Korean Bevel と呼ばれるのかは不明。

法線のハード化（2.80）

ベベルモディフィアを使うと法線が乱れる問題は、法線のハード化にチェックを入れると解消できることがある。法線のハード化は、元の面の法線を変更せずにベベルで生成された頂点の法線を、周辺の法線に一致するように調整する。なので元の面を平面に保ったまま、スムースなベベルをかけられる。

法線のハード化

法線のハード化は、自動スムーズを有効にする必要がある。

ベベルシェーダを使う

Blender 2.80 からは Cycles でベベルシェーダが使える。ベベルシェーダはシェーダで法線を変更することで、メッシュを加工せずにエッジにベベルをかけたような効果が得られる。ただしベベルシェーダは重いので、法線をベイクして使う方法が推奨されている。

ベベルシェーダの利点はトポロジーが正しくなくても機能するところだ。ベベルはトポロジーが汚いと正しく機能しないのでリトポが必要になるが、ベベルシェーダならその作業が不要になる。ベベルシェーダは同じメッシュ内にあるならば、結合は不要でポリゴンが貫通していても機能する。

ベベルシェーダのレンダリング結果

メッシュ

ベベルシェーダのノード例

ベベルシェーダのベベル量をコントロールする

ベベルシェーダはベベルをかける場所をコントロールするパラメータを持たない。しかし頂点色やテクスチャでベベルの位置や量を指定できる。この項目では頂点色を使ってベベル量をコントロールする方法を紹介する。

基本

黒と白とで塗った頂点色を乗算することでベベル量をコントロールする。

リニアなベベル量指定

ベベルを有無を指定するノード

数式（Math）ノードの大きい（Greater Than）を使えば、閾値を設定できる。

閾値でベベルの有無を指定

カスタムプロファイル（2.82）

ベベルモディフィアでカスタムプロファイルが有効な場合、カーブを使ってベベルの形を指定できる。形状によっては、ある程度のセグメント数が要求される。

ベベルモディフィアのカスタムプロファイル

非対称なカスタムプロファイルを適用する場合は、交差部分をカットオフにして手動でモデリングした方がいいかもしれない。

カットオフ

溶接（Weld）モディフィア（2.82）

溶接モディフィアは距離でマージ（merge by distance）を行う。ブーリアンモディフィアの後に溶接モディフィアをスタックすると、うまくベベルがかけられる場合がある。重複の回避（Clamp Overlap）のチェックを外したベベルの後にスタックして、崩れたベベルを修正することもできる。

外部リンク

A little tips for poly modeling with modifiers.#b3d #blender3d #hardurface pic.twitter.com/RIfARaFbZn
— Pitiwazou 3D Freelancer (@pitiwazou) February 5, 2020

Modeling Bevel Width Transitions

ベベル量が連続的に変化しているエッジを作る方法が３つ紹介されている。

動画

ブール

Exact Solver（2.91）

Exact Solver は、計算に時間はかかるが、以下の点で改善されてる。

同一平面上の面や、重複する辺を処理できるようになった
高密度なメッシュを処理できるようになった
閉じた体積を持つメッシュなら、内側外側を間違えることがなくなった

同一平面上の面

シャープなエッジを作る

スムーズシェード＋自動スムーズ

スムーズシェードはツールシェルフ（T）> ツール、自動スムーズはプロパティパネルのデータタブにある。

Blender 2.8 ではスムーズシェードは「オブジェクト > スムーズシェード」に、自動スムーズはデータタブの法線（Normals）に移動した。

スムーズシェード＋自動スムーズ

Blender 2.8 でスムーズシェード＋自動スムーズ

自動スムースが有効なとき、辺を選択して「辺 > シャープをマーク」を実行してもシャープなエッジは作れる。

シャープをマーク

自動スムーズとデータ転送モディフィアとを使ったシャープなエッジ

法線を編集する

法線編集モディフィアやアドオンを使う。データ転送（Data Transfer）モディフィアを使って、他のオブジェクトの法線をコピーする方法もある。

Blender 2.80 からは標準の法線編集ツールが使える。自動スムーズが有効な時のみ法線編集ツールが機能することに注意。

重み付き法線モディフィア（Blender 2.80 以降）

ベベルモディフィアで法線がゆがむ場合は重み付き法線モディフィアを追加するとそれを修正できることがある。重み付き法線モディフィアは自動スムーズが有効な時のみ機能することに注意。

法線モードの場所

左：法線モードなし右：法線モードが面積（Face Area）

再分割曲面モディフィアを使う場合

クリース

モデルを Blender でしか使わないならクリースを使うのが一番簡単だ。プロパティパネルで平均クリースを設定するか、Shift + E で設定できる。

クリースの設定

辺分離（edge split）モディフィア

辺分離の下に細分割曲面を配置し、エッジを立てたい辺に「シャープを付ける」を実行する。

辺分離

ループカット・ベベル

エッジを立てたい部分にループカットもしくはベベルを追加する。

ループカットを追加する

外部リンク

サブサーフ使う時のコツ

スキンワープテクニックを使う

スキンワープはブーリアンでメッシュを結合するのではなく、メッシュ上にシュリンクラップを使ってメッシュを配置するテクニックだ。ブーリアンで結合するとリトポが必要になるし、最初からトポロジーを考えてモデリングするのは時間がかかる。スキンワープテクニックならトポロジーを崩さずにメッシュを結合でき、結合部の修正も容易だ。Cycles でベベルシェーダを使うとよい。

欠点としてはアニメーション・ゲーム向きではないことと、シュリンクラップを使うためハイポリゴンが必要になることだ。

シュリンクラップ前

シュリンクラップ後

プロシージャルテクスチャを使う場合はオブジェクト座標を使うとよい。

オブジェクト座標

非破壊編集

非破壊編集パターン

ブーリアンのトラブルの解決法

非多様体を修正するには 3D-Print Toolbox 標準アドオンが便利だ。

Boolean modifier problems and how to solve them

1. 拡大縮小の適用

拡大縮小が１以外の時、ブーリアンがうまくいかないことがある。「オブジェクト > 適用 > 拡大縮小（Ctrl + A > 拡大縮小）」で拡大縮小を適用できる。

2. 重複頂点の削除・距離でマージ（Remove Doubles, Merge by Distance）

Blender 2.79 以前では「メッシュ > 頂点 > 重複頂点の削除」、Blender 2.80 では「頂点 > 頂点を結合（Alt + M） > By Distance」でできる。2.83 からは頂点を結合（M）。

3. 法線

一部の面の法線が裏返ってないか確認する。

4. すこし動かしてみる

頂点や辺が重なっているとうまくブーリアンができないことがある。

5. 密度を似せる

ハイポリゴンとローポリゴンとのブーリアンはうまくいかないことがある。

6. 複雑なメッシュを分解する

複雑なメッシュを複数のオブジェクトに分解して、一つずつブーリアンを適用するとうまくいくことがある。

7. 多様体を維持する

閉じてないメッシュや面を持たない点や辺といった非多様体はブーリアンで問題になる。多様体についてはボーンヒートウェイト：一つ以上のボーンで解決に失敗しましたの原因を参照。

8. 溶接（Weld）モディフィアを使う

Boolean Operations: 10+ Non-manifold Fixes

動画

エディットモードで使うテクニック

便利なツール

多様体を押し出し（Extrude Manifold）[Alt + E]（2.90）

多様体を押し出し

SketchUp のような押し出しができる。ただしトポロジーが乱れるので、用途によってはリトポが必要になる。

押し出し後に「直交する辺を溶解」にチェックを入れる方法もある。

直交する辺を溶解

リンクするフラットな面（Linked Flat Faces）

隣接するフラットな面を選択できる。

リンクするフラットな面

限定的溶解（Limited Dissolve）

フラットな面にある余計な頂点や辺を削除できる。

限定的溶解

領域（頂点の法線）Region（Vertex Normal）（Alt + E）

領域（頂点の法線）で押し出し（Alt + E）

ベベル

ベベル中に P を押すとベベルの凹凸を変更できる。

ベベル中にP。もう一度Pでベベルの大きさ変更に戻る

各面ごとに押し出し（Individual Faces）

各面ごとに押し出し後にそれぞれの原点でスケール

ピボットポイントのそれぞれの原点（Individual Origins）（Ctrl＋．）

上記の各面ごとに押し出しと合わせて使うことが多い。

ピボットポイントのそれぞれの原点

法線スナップ

法線スナップを使えばほかのオブジェクトを法線向きに配置できる。ただしスナップタイプが面のときのみ可能。

Object タブの Duplication

Blenderのモデリングツール（DupliFaces）

Blenderのモデリングツール（DupliVerts）

3D View では親オブジェクトも子オブジェクトも表示されているが、レンダリングはされない。

Screw（スクリュー）

Tool Shelf にも Screw がある。

スクリューをかけるオブジェクト

結果

Boolean

Blender 2.77 からは編集モードでブーリアンが使える。Blender 2.77新機能「交差（ブーリアン）」

パターン

溝を掘る

ソリッド化（厚み付け）モディフィアとベベルモディフィアをつけ、溝を掘りたい辺を選択して「頂点 > 頂点をリップ（V）」を実行する。

動作デモ

ブーリアンモディフィアを使う方法

How to make slice cuts in #b3d pic.twitter.com/XKIIyQEggM
— Jan van den Hemel (@JanvandenHemel) May 9, 2020

UV 展開してから複製する

ねじのような大量に複製されるパーツは複製する前に UV 展開する。

Boolean で穴をあける

これは穴をあける面が斜めの時に使う。しかしどこにでも穴をあけられるわけではない。たとえば８面の円柱は４頂点ポリゴンが４枚ある位置にうまくはまる。しかしポリゴンが５枚の場合はうまくポリゴンフローが作れないかもしれない。

８面の円柱で４頂点ポリゴンが四枚ある位置に穴をあける

エッジをべベルして穴をあける

べベル中にホイールスクロールで分割数を変える。

エッジをべベルして穴をあける

別バージョン

エッジに沿って穴をあける

エッジをべベルして押し出し。そのあとで余計なポリゴン整理。

頂点の周りに 45° 回転したポリゴンを作る

辺を４つ選択してsubdivide（細分化）（w > s）してナイフでポリゴンを分割。

頂点の周りに四角ポリゴンを作る

これは押し出しを使う方法で以下の手順でも作れる。

押し出した後縮小する
45°回転させる
フェイスをループ選択
Triangulate Face（面を三角化）
Tris to Quads（三角面を四角面に）

押し出しを使う方法

面が軸に沿っていないときは Transform Orientation を Normal（法線）にして rzz45 とタイプするといい。

回転軸を法線にする

角ばったカプセル

べベル用オブジェクトとしてよく使われる。以下の手順で作れる。

Cylinder（円柱）を Triangle Fan（三角の扇形）で作る
側面のエッジを選択して Rip Fill（切り裂きフィル）（Alt + V）
半分だけ選択して移動

手順

缶の滑り止め

例の缶作成詳細

ローレット加工（knurling）

分割した円柱に un-sudivide（メッシュ > 辺 > 分割の復元）を Iterations 1 で適用
poke face（メッシュ > 面 > 扇状に分離）を実行
上下の部分を隠す
頂点をひとつ選択して、Shift + G > Amount of Adjacent faces（選択 > 類似選択 > 隣接とみなす面の量）
Alt + S で法線方向にスケール

手順

以下のパターンでねじ山を作れる。

扇状に分割（poke face）
三角面を四角面に（tris to quads）（Alt + J）
辺を一つ飛ばしに選択
法線方向に押し出し（Alt + S）

例

外部リンク

【CG】モデリング穴あけの基本その1

【CG】モデリング穴あけの基本その２

帆足先生の「ハードサーフェスモデリングの真髄」、恥ずかしながら知らないことも多々あって非常に有意義だったんですが、スジボリ入れる時にエッジ上に切り返しを入れるとベベル時に幅が均等にならないよっていうの、解決方法今日知ったっていう。。。ほひひ。。。恥ずかしい。勉強になりました。 pic.twitter.com/XQF6xG5wZn
— いらこ (@iracco) 2017年3月9日