什么是拓扑(Topology) - 3D 角色建模过程中的中的术语：拓扑

发布日期：2024-04-22 15:03浏览次数：131

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因为最近需要往 TA 方向进阶
那么光懂 T 方面还不行
A 方面得基础也得有所了解
下面将了解建模过程中的基础术语之一：拓扑

相信和 3D 美术同学打过交道得 T 们
都经常会听到美术同学说 XXX 拓扑
那么拓扑是个啥子意思？

3D 美术的 “理解”：请问3DMAX和MAYA中所说的拓扑是什么意思

我在看了一些资料后，对美术的拓扑可以总结为一下几中理解：

将 zbrush/blender 等可雕刻软件建模中的超高模型，再二次简化表面重建模，整体不丢失轮廓
将复杂的网格，用足够简单的网格来重现建模，整体不丢失轮廓

TA（技术美术）上的准确理解为：
我（我是：jave）自己的总结为：将多余的点线面去掉，保留便于维护、能接受、能落地应用的精度即可

便于维护：可以便于调整模型的网格分布，基本上都是 quad 来拓扑结构，因为对各类 DCC 软件优化调整
能接受：形体、轮廓上的精度可以接受
能落地应用：能利于发布后包体大小的减小；能减少运行时性能消耗：比如：顶点数、面数都直接影响内存（主存(可删除)、显存）、还有 VC (Vertex Clip), PC(Primitive Clip), VS (Vertex Shader) 的计算压力

如果直接雕刻出来的模型，点线面都是非常多的，很难维护

所以这时，需要简化模型，也就是我们说的，(重新简化模型网格)拓扑(结构)，简称：拓扑

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google 机翻一下：

在 3D 建模中，术语拓扑是指 3D 模型的边缘分布和结构。渲染时看起来相同的两个模型可能具有非常不同的拓扑。

左边的模型主要由四边形（四边多边形）构成，而右边的模型则由三角形（三边多边形）构成，也称为 tris。据说这些模型具有不同的拓扑。

拓扑影响 3D 建模和渲染的许多方面，包括：

亮点如何对模型做出反应
编辑模型的形状有多容易
应用或编辑映射是多么容易。使用四边形拓扑更容易管理展开的 UV。
装配和动画模型是多么容易。四边形拓扑使装配和动画变得更加容易。

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可以参考我之前翻译的一篇：Mesh Structure, Supportive Edges & Edge Flow - 网格结构，支撑边缘 & 边流

可以总结为：

Supportive Edges - 用于控制棱角是很适合
Edge Flow - 良好的 Edge Flow 可以很方便的在 DCC 工具中修改的：挤出、倒角、环切，环选

3D Modeling Topology Basics - 变形方便性
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3D Modeling Topology Basics - 环切方便性
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3D Modeling Topology Basics - 环切方便性
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拓扑处理上面所说的，好的 Quad 拓扑可以便于现有的修改器算法出来的效果调整
可以参考这篇：3D制作中的拓扑的含义是什么？

具体如下：blender 中的表面细分（subdivision surface）

细分前的 quad, tris 的拓扑
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细分后的两者表现，明显左边的拓扑 quad 结构对修改器算法是友好很多的
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更多的 Blender 中的 Topology 应用，可以参考这个博主的文章：Topology Guides

How to Master Topology and Edge Flow in 3D Modeling

这篇教程还是很不错的，里面主要讲解的是：基于现有的 Sculpe(雕刻) 后有的模型上，来 Retopology 优化

因为雕刻后的模型点线面已经多到无法维护了，所以需要 Retopology 优化

下面是 Retopology 的一些黄金规则，如下图：How to Master Topology and Edge Flow in 3D Modeling - 定位到黄金规则讲解

下面的理解方法：从上往下，或是从下往上的多边形之间的 topology (拓扑结构) 的过度变化

从上往下：1->2->4->6 之间的过度
从下往上：6->4->2->1 之间的过度

下面的理解，具体可以参考：Understanding Topology and Edge Flow in 3D Modeling

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再倒回到 3Ds max （其实我发现 3ds max 还真没有 maya 强大，而且 3ds max 很卡，各种操作都卡卡的，后续我可能回熟悉一下 3ds max 就，专于 maya 就好了）

我自己发现一个规律，只要每 “奇数” 个 Pologons 时，只要添加一个 “菱形” 的 Pologons 在中间就可以在相邻的 Pologons 中过度，如下图（我在 3Ds max 下整的一个片面）：
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下面时 “菱形” 所示：
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再倒回到 maya

随便说一下 Understanding Topology and Edge Flow in 3D Modeling 中的右边的课程列表，都建议可以看看：
(教程的 DCC 是 MAYA，感觉 max 都要费了，-_-! 很多工具都不健全，之前用过 Blender 后，感觉 3ds max 的工具真的缺，比如：Insert Edge Loop，插入边的功能)
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jave.lin : 将上面的图片码成文本：

The biggest difference between a concept and production mesh is how clean the production mesh is and how fast the concept mesh is.

With concept the quality of the topology doesnt matter at all as long as you get the shapes you want, this means you can just hack together and boolean shapes as you please. Most likely no one else will be picking it up after you and its just for still renders.

A Sub-D Production mesh takes MUCH MUCH longer to make as you have to plan out ahead and work out the flow of the topology correctly as it will be subdivded at render time. A few standard rules to “Fencing” or “Tripple edging” a mesh is …

Everything should be quads (A few triangles are fine but try make everything quads)
Reduce the amount of poles is you can (too many edges flowing in to single point)
No Ngons (5 or more sided polygons)
Have an even spread of topology (If the mesh is taken in to ZBrush and Subdivided the mesh will get heavy quick and you dont want all that topology to go in to samll areas as it may limit your ability to sculpt on the more bare parts.
support edges (when the mesh is smoothed the edges will move so you need to have supporting edges to help preserve the UVs from spreading to much.

There are lots of rules for production meshes as they go in to a pipeline and will be used by others.

然后机翻 + 微调：

概念网格和生产网格的最大区别在于生产网格的清洁度和速度。

有了这个概念，只要你得到你想要的形状，拓扑结构的质量根本不重要，这意味着你可以随意组合布尔形状。最有可能的是，没有其他人会在你之后拿起它，它只是为了静止渲染。

Substance-Design 生产网格需要更长的时间来制作，因为您必须提前计划，并正确计算拓扑流，因为它将在渲染时被细分。一些标准规则，以“Fencing(围栏)”或“Tripple Edging(三重边缘)”一个网格是。。。

所有东西都应该是四边形（几个三角形很好，但试着把所有东西都做成四边形）
尽可能减少极点的数量（太多边流入单个点）
无多边形（5个或更多侧面多边形）
拥有均匀的拓扑分布（如果网格被引入ZBrush并细分，网格会很快变重，你不希望所有拓扑都进入小区域，因为这可能会限制你在雕刻的能力）。
支撑边缘（网格平滑后，边将移动，因此需要有支撑边缘来帮助防止UV扩散到更大范围。

注意上面 Andrew Hodgson 只是从美术人员的经验心得，不是 100% 准确

因为他自己也说了：

在我上传了我最近的飞机的线框图并强烈建议人们不要将其用作如何正确建模的参考后，我收到了很多问题，询问我会做些什么不同的事情以及为什么它很重要。所以我拿了几件我的飞机并对其进行了重建，以说明概念网格和 sub-d 生产网格（用于电影）之间的区别。当我自学 3d 时，我不知道自己在做什么以及如何正确建模，所以这样的事情可能对某些人有所帮助。我想在这里写更多，但有类型限制，所以在底部有一个简短的解释。

Why Are Ngons and Triangles so Bad? - 为什么 Ngon 和三角形如此糟糕？

上面所有的 3D 建模当中，都是推荐使用 Quads 来组成模型表面网格勾结，都是因为 DCC 软件的算法中相对友好，不会出现一些细分、渲染光影的不平滑问题、蒙皮动画扭曲的问题

数学上的理解：什么是拓扑

数学上的拓扑就很复杂了，还有很多门课上的分支 : 拓扑学简单介绍

数学上的拓扑更讲究于：

在 拓扑学 中，点线面关系不变，它们之间的距离无关，只强调连接关系
在 几何学 中，点线面除了关系不变，他们还讲究距离关系，也就是强调连接后的形体关系

难以理解的描述：令数学基础差的人（比如：我）劝退的描述：

通俗易懂的描述：但是在某乎上看到这么一段描述，空间上的理解上瞬间提升了很多，如下引用的描述

所谓“拓扑”就是把实体抽象成与其大小、形状无关的“点”，而把连接实体的线路抽象成“线”，进而以图的形式来表示这些点与线之间关系的方法，其目的在于研究这些点、线之间的相连关系。表示点和线之间关系的图被称为拓扑结构图。拓扑结构与几何结构属于两个不同的数学概念。在几何结构中，我们要考察的是点、线之间的位置关系，或者说几何结构强调的是点与线所构成的形状及大小。如梯形、正方形、平行四边形及圆都属于不同的几何结构，但从拓扑结构的角度去看，由于点、线间的连接关系相同，从而具有相同的拓扑结构即环型结构。也就是说，不同的几何结构可能具有相同的拓扑结构。

这种抽象的拓扑结构，再计算机网络中，各个主机之间的网络链接中，表示的拓扑也时比较贴切的，如我之前画的三张图：常用拓扑结构

其实我们可以在 B 站，或是油管上看到一些建模师对人物建模过程中，有雕刻，再重新拓扑（可以简称拓扑），特别是拓扑这过程挺繁琐、枯燥的

那既然手动拓扑是这么费时费力，那么肯定有前沿的工具来快速、批量的处理：

如何快速批量拓扑扫描角色？这个工具分分钟搞定！ - 里头涉及到的 DDC 工具有：Russian3DScanner（R3DS）、R3DS Track

这些工具链的打通，对于制作影视行业会收益比较明显，对于3A大作的游戏也是很有帮助的

参考这篇：动态网格与自动拓扑的区别

其中有讲到 ZRemesher

ZRemesher就是自动拓扑功能，基于模型自动分布计算的，可以自动生成多边形布线，就像手动建模一样。使用这个功能面数就回到最低的等级。多用于产生身体和四肢的网格。

对于ZRemesher来说要达到对于头部的精细控制还远远不够，比如有表情动画的头部模型，但应付身体足够了。Dynamesh是主要满足造型布线分布不均开发的，主要是帮助造型时网格能均匀分布不至有的地方面多有的地方面少，所以它不能布线动画模型只是一个帮助造型的工具而已。