NURBS 曲線的特點
直線沒有任何的彎曲,僅由兩個端點定義,可以有一個斜率但角度不變。曲線的曲率是變化的,而直線的斜率是不變的。
曲線通常是由幾個點定義的,而且從一條沒有任何在角度上突變的直線路徑推導而來。曲線有時候也成為曲線段,而且能夠用於定義曲麵或曲麵網。
曲線也常被稱為樣條,因為它們看起來就像物理樣條,即一個長長的木頭或者金屬條。所有的樣條都有一個共同的特征,即它們都是從定義一個多邊形產生的。由於這個共同的特征,所以將樣條稱為受控曲線。包含在不同類型樣條中的控製包括:控製線、控製多邊形或者外殼、控製點或者控製定點、控製切線和節點或者權重。
NURBS 通過權重或者結點提供高級的局部曲線控製。這些控製允許樣條的一部分被修改時不會影響到另外一部分。權重與每一個控製點相結合,它們指定控製點與曲線的定點之間的距離。默認設置下,樣條上所有控製點具有相同的權重因子,稱為非實數曲線。當修改曲線的權重時,曲線稱為實數曲線。處理 NURBS 曲線的權重可能改善一條曲線的細微形狀,但通常也減慢了最後模型的渲染速度。使用不同權重的另一個壞處是,當交換模型文件時,許多係統會忽略該數據。
NURBS 上的結點決定一條曲線上點的分布的局部密度。形成一個曲線段的最小結點數等於一條曲線的階加 1 ,再加控製點的數目,曲線的階涉及產生曲線的數學公式中高次冪指數。曲線的階越高,則產生該曲線所需要的計算越多。一階曲線相應於直線段;二階曲線相應於二次曲線;三階曲線相應於三次曲線。曲線的階越多,曲線段所需要的控製點或者結點就越多。
一般而言創建曲線的方法各式各樣,但在創建之前,一定要把曲線的度數和跨度等要素掌握清楚,它們是產生一條“完美”曲線的決定性因素。
在計算機中畫的曲線實際上是一個曲線段或是一個連續的線段,一個線段被稱為一個 Span 。在數學領域,稱一個曲線跨度為參數方程的一個數字表達式。因為,方程描述的是一個三維空間的位置,一般包含 3 個變量 (X 、 Y 、 Z) ;並且在方程中的變量的最高次方決定了曲線的類型。因此一階曲線是一個線性方程為直線;二階曲線是一個二次方程為圓弧;三階曲線是一個三次方程,實際上它在三維空間可以扭曲。還有兩個更高階的曲線 —— 五階和七階的曲線,它們實際上是在一個跨度中扭曲兩次。 Maya 在曲線創建工具中擁有所有這些階曲線的選項,但是對於大多數練習,立體曲線是最常用到的,在 Maya 中默認的曲線是三階的,如圖 4-1 所示。
圖 4-1 曲線的構成圖示
一個控製頂點 (CV) 就是在三維空間決定其所在的曲線形狀的一個點,它定義且影響著方程式,控製頂點和其所控製的曲線段統稱為樣條 (splines) 。
CV 的位置決定曲線形狀有不同的計算方法,這些不同的方法 ( 方程或公式的類型 ) 把樣條區分為 Bezier 曲線或 B-Splines 曲線或 NUBRS 曲線。本章的重點為 NUBRS 曲線,即 Non-Uniform Rational B-Splines 。
NUBRS 曲線相對於其他類型的樣條曲線來說,其優點是可以分割或合並。常規的曲線不能在曲線上任一點分割和合並,僅僅在控製點上才可以。但是 NURBS 曲線卻可以在任一點上分割和合並,這是因為其上的任一點都是可以計算和定位的,這個優點對於麵也一樣,因此 NURBS 麵可以和其他的 NURBS 麵用不同數量的段或等參線相連接。
編輯點 (EP) 是一些可以將曲線段連接起來以形成一個連續曲線的點,這些編輯點也被稱為節點。 CV Curve 工具和 EP Curve 工具可以用來生成曲線,如果沒有錯誤,這兩個工具可以生成一些不完全相同的曲線,但最終都會生成相同的 NURBS 曲線,如圖 4-2 所示的為一條 CV 曲線和一條 EP 曲線。
CV 是 Control Vertex 的縮寫,用於控製曲線或者曲麵的形狀,以一個小小的“方框”來表示它的存在。通常情況下,有兩種選擇模式可以選取可控點:一是利用狀態欄;二是利用標記菜單。
當鼠標處於激活狀態時,單擊狀態欄中的 Select By Component Type 圖標,然後單擊 Points 按鈕,或者右擊遮蔽元素按鈕,在隨後出現的菜單中選中 NURBS CVs 命令,如圖 4-3 所示。
圖 4-2 兩種不同的曲線 圖 4-3 遮蔽元素菜單
另一種方法是使用物體的標記菜單來激活 CV 。選中所需曲線,並且在該曲線上單擊鼠標右鍵,出現標記菜單後,從菜單中選中 Control Vertex 命令即可,如圖 4-4 所示。
EP 是 Edit Point 的縮寫,習慣上稱之為編輯點,以一個小寫字母 X 表示它的存在。多邊形的結合區域也稱為編輯點,有時也叫做“節”。它直接展現於樣條曲線上,可以對一個現存的曲線隨意地添加編輯點,而不會影響曲線的最終狀態。
對現有的曲線添加編輯點,同時創建了一些大一點兒的跨度。隨著跨度數量的增加,可以更容易地局部化控製曲線。
與可控點的選項基本相似, EP 點的選擇也存在兩種選擇模式:一是通過狀態欄選取,二是通過標記菜單選取,如圖 4-5 所示為狀態欄中的選取狀態。
圖 4-4 從標記菜單中選擇 CV
圖 4-5 EP 點的選取狀態