Metashape 3D 掃描 | 你的相機就是掃描器！

為什麼我要學習 MetaShape 3D 掃描流程？

數位內容建立

不管是 3D 動畫、視覺特效、廣告、遊戲、新媒體藝術、錄像藝術、VR、AR、3D 列印…等數位內容中，幾乎都會需要使用到數位 3D 模型。而如果我們要製作模型，最常見的方法就是使用建模軟體。

然而，從頭開始建立模型常常會遇到不同的技術問題或是挑戰，像是：

• 模型的比例大小難以精確呈現。
• 必須有較多建模經驗才能夠將 2D 的參考圖或是照片轉化成 3D 模型且不失真。
• 建模完成之後模型還是沒有顏色，必須要手動上色。

《蜂窩性組織炎》｜作者：游雯青｜材質：木棉果核內皮、紙、樹酯｜尺寸：21.5*15*85cm ｜2017 

3D 掃描模型修復／編輯

有時我們會將其他掃描裝置所產生的 3D 掃描模型來做後續的編輯以及再利用，但是如果原本的模型整理不夠完善，或模型是直接從掃描器產生的原始檔案，就會衍生出許多問題，造成模型無法使用。

從其他 3D 掃描方法得到的模型，可能會遭遇以下問題：

• 模型破損、有空洞及漂浮雜點。
• 面數過高，無法使用一般的 3D 軟體編輯或是修復。
• 表面三角形拓樸（decimated mesh），較難以編輯與參與後續流程。
• UV 拆解困難。
• 拓樸混亂，表面平滑、細分不易。
• 貼圖無法編輯、修復。

《晨曦》｜作者：游雯青｜材質：樹酯、油畫｜尺寸：30*39*65cm｜2017

數位典藏、作品展示

手作模型、木雕、石雕甚至是古蹟建築，如果想要放在作品集製作成永久數位典藏，或是放在網路上分享，使用數位 3D 的方式展現將是一個相當有效的方式。

像是 SketchFab 這種作品分享的網站，能夠提供創作者以 3D 的方式展現作品，並且讓網路上的觀者自由使用不同的角度觀看。比起單純的照片，3D 更能夠增加作品的互動以及觸及率。另外，在 3D 的世界中，我們能夠更有效的重新打光，並且安排場景，相當於再次賦予作品新的詮釋。

《浮逃》｜作者：王嘉寶｜材質：樹酯 FRP｜尺寸：5*8*16cm｜2019

場景預覽、拍攝規劃

在特效製作或是任何形式的現場彩排中，3D 掃描整個場景可以幫助我們預先將現場場景轉化成 3D 空間，讓拍攝前的規劃能夠更精確、更有效率。不管是在分鏡的製作（Storyboarding）、預視（Previsualizatoin）或是基礎的打光，有現場完整的數位 3D 模型可以大大減少評估與量測的時間，只要在環境中重現所需要的布置即可。

既然 3D 模型的應用這麼廣泛，有沒有什麼方法可以更有效率、更簡單的建立這些模型呢？

照片 3D 掃描（Photogrammetry）的優勢

《晨曦》｜作者：游雯青｜材質：樹酯、油畫｜尺寸: 30*39*65cm｜2017

照片 3D 掃描又叫做照片量測法。最初是用於工程量測與逆向工程上，後來漸漸被動畫、遊戲與特效等產業等納入使用。

而會有這種趨勢的主要關鍵有：

硬體設備較容易取得（數位相機、個人電腦…等）

即使沒有昂貴的單眼相機（DSLR），每個人都可以用手機拍攝想要掃描的物體。只要照片數量足夠且拍攝的方法正確，等同於每個人身上都有一台可以隨身攜帶的 3D 掃描機。

另外在軟體方面，過去極為昂貴的 3D 掃描軟體，如今不但可以用親民的價格取得，而且介面和功能都越來越容易上手，不需要外掛就能整合各種功能。再加上軟體和個人電腦的運算能力都越來越好，要容納更廣大的 3D 場景再也不是難事。因此照片 3D 掃描的困難度也比其他的方法要低的多。

加速和簡化既有的 3D 流程

與傳統的建模流程相比，3D 掃描可以將「建立模型」的步驟加快並簡化。後續則可以把建立好的模型透過現有的軟體加以彈性運用，不會產生掃描了模型卻無法修復或是編輯的狀況！

例如重新拓樸 （Re-topologize） ，除了可以使用 ZBrush 內部的 ZRemesher 之外，還可以使用 TopoGun、Maya、3Ds MAX、Blender…等軟體，在流程的上有相當大的彈性。

多通道合成（原始雕塑位於臺灣藝術大學 文創處）

能夠在掃描模型的同時產生「顏色」資訊

模型建立後，一般來說都會需要另外新增「顏色」以及「材質」到模型上；而使用照片掃描法所產生的模型，則能夠精確的把照片中的顏色資訊一併投影在模型上，加快產生顏色貼圖（Diffuse Map）的步驟，省下了非常多上色與修復的時間。

於此同時，我們可以將這些資訊重新轉化為物體表面的材質資訊（粗糙程度、反光程度…等），或是透過顏色的引導，快速重建出表面的材質特性，並做後續的調整。

課程核心特色

完整掃描流程示範

本課程著重在整體流程的示範，並不是只有產出 MetaShape 掃描後的 3D 模型，而是將產出後的所有必要程序都完整的解析，像是模型減面、修復、重新拓樸、拆解 UV。最後產生最終渲染所需的貼圖，讓後續的 3D 軟體可以銜接應用這些模型資產 （Assets），以達到最高的應用價值。

另外也由於各步驟中，需要使用不同的軟體分工完成，因此跨軟體間的流程也是本課程的重點；在 MetaShape、 ZBrush 這些軟體中，流程並不是完全的線性，而是有來回的檔案交換，因此在這邊會教同學使用最有效率的方法，將跨軟體的檔案整合與匯入，發揮各軟體的優勢。

常見流程問題解析

本課程與一般的 3D 掃描教學最大的不同在於：這門課除了掃瞄出一個「原始模型」之外，還會將此模型轉化為「完整可應用」的模型。

這是因為如果只是掃出未處理的模型，不但沒有太大的應用意義，且還可能會在後續的流程中造成更多技術性問題。因此，本課程會針對每一個可能遇到的問題，預先分析可能的原因，並提出解決方法，而不是在掃描結果不盡理想時才回去找原因。這樣有助於讓整體的流程事半功倍。例如以下所提到的問題，都在本課程中有詳盡解說：

• • 要如何修補模型整片的破洞？
  • 如果想要拍攝物體的上方與底部，要如何對位兩塊模型？
  • 將表面重新拓樸後，要怎麼將模型的顏色重新投影上去？
  • 要如何將精確度較低的點雲汰除？
  • 要如何使用定位點來增加精確度？(募資解鎖內容)
  • 相機鏡頭變形該如何降低？(募資解鎖內容)
  • 要如何將貼圖光影去除？(募資解鎖內容)

（原始雕塑位於臺灣藝術大學 文創處）

優化既有 3D 掃描模型

對於已經熟悉 ZBrush 的同學來說，也許想要將其他方式所取得的 3D 掃描檔案做修復或是優化，並且融入到後續的貼圖流程。這門課程能夠幫助同學將既有的模型做修復或是自行增加額外的修改，讓模型可以更適合後續的專案或是作品。而只要是 ZBrush 所支援的 3D 檔案形式，都能夠在本課程中使用一系列的工具來完成：

★ Wavefront OBJ (*.obj)
★ Maya (*.ma)
★ Mesh Ascii (*.mesh)
★ Mesh binary (*.meshb)
★ GoZ (ZBrush GoZ 外掛所可以連接的軟體)
★ STL (*.stl) - 使用 3D Print Hub 外掛
★ FBX - 使用 FBX Export Import 外掛

誰適合這門課?

想要將 3D 掃描加入數位製作流程的同學：

如果是已經很熟悉傳統的 3D 流程的同學，在這門課就可以將「整合」與「優化」當作這門課的主要目標。

「整合」 - 同學可以利用掃描的模型加入至現有的流程中，例如將其作為建模的 3D 參考或是基底，幫助減少猜測模型 3D 比例、尺寸與製作複雜結構的時間。又或者可以利用掃描模型的顏色資訊，利用在後續的貼圖上，減少後續手動繪製貼圖的時間。

「優化」- 在優化的部分，同學們可以將掃描的細節或是紋路做為 VDM 筆刷中的 3D alpha，或是將掃描後的模型做成 IMM 筆刷，這些可重複使用的模型或是 Alpha 都可以載後續的流程中節省下大量的時間。另外在貼圖與材質的部分，除了可以使用 ZBrush 中的 Displacement Map，Normal Map 等資訊貼圖的產生之外，本課程還能夠使用 Mari 中的強大的貼圖繪製功能，將其他的材質以及細節資訊投影在模型上，這樣在整體流程中又可以有更多的選擇與彈性。

對於完全沒有 3D 基礎的初學者：

對於完全沒有在使用 3D 軟體，也沒有掃描經驗的同學，在這門課中還是可以一步一步跟著教學中的步驟將掃描的模型產生出來。也因為此門課程偏向專案性質的教學，所以在先前有講解過的軟體功能上比較不會有深入的探討，而是會著重在實際的應用上。因此即使沒有太多的 3D 經驗，也可以和課程一起同步前進。如果想要在修復模型上有更多的彈性與後續編輯需求的同學，這邊會強烈建議同學們可以參考我先前在 Hahow 開設的另外兩門 ZBrush 課程（基礎、中高階)，讓同學不只是修復模型，還能夠全面性的了解 ZBrush，對掃描後的 3D 模型有更多創作與發揮的可能性。

另外如果沒有辦法取得後續其他的軟體，或只想使用 MetaShape 產生掃描檔案的同學，本課程也會示範單純使用 MetaShape 內部的修復工具做一些基礎的修復、減面以及貼圖的輸出，雖然在修改上的彈性以及精確度就不會比使用專門的軟體來的好，但是還是能夠得到一個完整可用的 3D 掃描模型。

課程單元規劃

本課程分為 3 大部分，第 1～4 章是著重在 「3D 掃描模型」、第5 ~ 6章主要是「ZBrush 模型修復整理」，最後在第 7～8 章「材質與貼圖繪製」。

在各章節中會依照不同難度遞增，讓同學可以依照自己的專案需求進行學習。整體的流程步驟主要是以線性的方式連貫進行，只有在特殊流程需要回到先前的軟體做編輯。由於每個步驟都會影響到後續各步驟的品質，因此建議同學可以以整個章節為單位觀看後，再開始著手製作，以免會有細節上的疏漏而造成需要重新拍攝，徒增製作的時間。

上課的方式主要是以螢幕錄影的方式進行，其中會有軟體介面操作與投影片觀念講解，讓同學可以從零輕鬆地建立觀念，跟上課程進度。

章節架構

※ 第一章 - 「實際拍攝 - 觀念與注意事項」

\\ 前置作業

本章節是整個流程中的起點，因此本章對後續的模型建立會有最顯著的影響，如果沒有執行確實，甚至有可能會造成模型變形或是建立失敗等狀況。章節內容會著重在實地拍攝前與拍攝當下所要注意的幾個面向，其中包含了拍攝物分析、環境、器材、拍攝方法與照片輸出等步驟。也因為本環節的重要性極高，因此在章節最後會有檢視照片拍攝品質的作業，避免同學們忽略掉一些步驟或是細節，進而影響到後續流程。

※ 第二章 ～ 第四章 - 「MetaShape」

\\ 開始建立掃描模型

在這些章節中，我們要開始由相片來建立掃描模型，而首先，我們會將前面所得到的照片先做分類以及篩選。

照片挑選完畢後，就是開始建立 3D 模型的流程，而一開始會建立稀疏點雲，幫助我們對位照片以及分析相機位置，這些步驟中會剔除錯誤率較高的點，讓後續的高密度點雲有最佳的基礎。等建立高密度點雲之後，就可以將「點」變成「面」，也就是產生一個模型了，並直接在 MetaShape 中產生投影貼圖以及自動生成的 UV 等步驟將模型輸出。

※ 第五 ~ 六章 「ZBrush 」

\\ 修復 MetaShape 掃描模型、重新拓樸、拆解 UV

這兩個章節主要是將前面所產生的模型做完整的修復，並且使用多種 ZBrush 獨有的功能，將高密度模型做修整，並產生一個完善的模型，供後續的貼圖流程使用。

在 ZBrush 中，我們首先會將模型的雜點以及破損修復，此步驟稱為「模型清理」（Clean up），並且移除所有 3D 空間中的無效模型 （例如：Non-Manifold Geometry），避免後續其他 3D 軟體產生無法辨識的錯誤。另外我們會使用「 Sculptris Pro」、「及時布林」先將表面做後續的清理，然後會使用「ZRemesher」將模型重新拓樸，以確保之後可以用「UV Master」拆解 UV，最後使用「Project All」將模型細節找回，並且可以搭配表面的「Noise Maker」將部分的細節找回。在 ZBrush 中，我們還可以使用 Multi-Map Exporter 來輸出表免細節的貼圖，像是 Displacement Map 或是遊戲模型常用到的 Normal Map 等貼圖資訊，讓我們可以在低模型面數的狀況下，有高解析度的細節在模型上呈現。

※ 第七～八章 「整合示範」

\\ 貼圖、材質與渲染

在最後的兩個章節中，主要是將前述已經整理好的模型，開始進行顏色貼圖投影、修復、建立材質以及做最後的渲染。在顏色貼圖方面我們會將模型以及貼圖送至 Mari 中，在 Mari 中可以手動的將部分有缺陷的區域做修補，並且使用顏色貼圖產生出其他的材質資訊。最後我們有了完整的模型以及貼圖之後，就可以將整體模型放在 3D 軟體中輸出成影片了。而這們課建議同學可以依照自己所需要應用的領域，將模型放在所需要的軟體中，確認既有的流程能夠將 3D 掃描流程整合在其中，以達到真正的應用。

《林中精靈-麻糬蛙蛙》作者：樓育雯 | 材質：紅銅、琺瑯、化學染色 | 尺寸：20*17*22cm | 2020

課程解鎖活動 - MetaShape 進階功能

1. 在募資期間，即 30 天募資結束前，如果若募資達到 400％ 時就能成功解鎖進階功能。

2. 如果募資達標，解鎖內容會在課程正式上架後的一個月後，將新增的解鎖單元補上。

新增的單元內容，主要是能夠讓同學更精確，更快速的將模型建立出來，同時可以使用進階功能，將部分流程自動化，減少人工的重複步驟，達到效率的最佳化。

新增的單元主要有:

• 遮罩建立與匯入

• 列印追蹤定位點 (Markers)
• 讀取旗標 (Flags)
• 不同區塊對位與合併

《浮逃》| 作者：王嘉寶 | 材質：樹酯FRP | 尺寸：5*8*16cm | 2019

• 鏡頭校正流程
• 去除貼圖光線與陰影
• 批次處裡

原始雕塑作者與作品

作者：游雯青 | 作品：《蜂窩性組織炎》 、《晨曦》 、《如泥溫柔如泥悲傷》

作者：耿傑生 | 作品：《合群系列III》

作者：樓育雯 | 作品：《林中精靈-麻糬蛙蛙》 | 作者 FB 與 IG 粉專連結

作者：王嘉寶 | 作品：《浮逃》

(依照作品名稱由左至右排序)

關於講師與作品

我是 Alonso！ 大學時就對影像製作與 3D 動畫感興趣，並且畢業後在工作時接觸到大量有關 3D 列印、 3D 掃描以及 3D 動畫等相關領域，也意識到一般 3D 軟體在這些特殊應用上的瓶頸，因此開始自學 ZBrush 這個軟體。然而在學習 ZBrush 的過程中遇到了很多瓶頸，也在實體教學與線上教學的課程中，了解同學在不同教學環境中會遇到的困境，因此希望藉由直覺易懂的教學，幫助同學們解決這些問題，讓學習軟體不再是創作的絆腳石，而是最棒的好隊友。

而會想要製作教學也是因為在自身的學習路上遇到很多無法理解的問題，透過不斷的大量搜尋與統整教學，才慢慢的將問題一一的釐清，並了解整體的觀念脈絡，並將這些整理好的觀念與知識傳授給各位喜愛 3D 的同學們，讓同學們能夠用最有效率的方式學習，才不會因此而半途而廢。

這一門課能夠完整的應用之前在本平台開設的 ZBrush 101 以及 ZBrush 201 課程中的所學內容，同時也感謝同學們給予的正面回饋與評價，讓這門課可以更堅定地延續之前課程的精隨與架構，在課程的設計上可以讓同學們更清楚的了解前因後果與細節，在學習上可以更好吸收、內化，相信同學們可以在這門課中完整的融會貫通 ZBrush 的精隨。

作品連結：

作品 ArtStation 頁面

Youtube 頁面

回覆與作業設計

回答問題的頻率約為每週回答一次

回答問題的方式如果是只需要文字或是圖片說明的話，將會直接回覆在問題的下面。但如果問題較複雜或是需要操作講解的話，會再額外製作教學錄影放在 YouTube QA 播放清單上讓同學參考，這樣能夠節省時間且吸收也可以較快速。

批改作業與回饋：每週會批改一次並且給出應該修改的回饋與建議

本課程的作業設計將會著重在同學們每個章節最後的進度是否有確實的做好，因為最終的成果模型，都是與前面每個步驟環環相扣的。有鑒於此，同學所做的每一份作業都會詳盡的批改，並且給出具體可以修改的建議之後，再請同學繼續進行下一步的流程，藉此將過程中出錯的機會降到最低，並將模型品質提升至最高。