【前置作業篇PART 2】02：CG草模、開發用藍圖與可動關節製作

更新於 2019/09/07發佈於 2018/08/02閱讀時間約 11 分鐘

在工業設計所需的CAID─電腦工業輔助設計─時代來臨前，任何工業帶有造型、追求美感而有外殼表現的產品開發中，為了實際掌握概念圖所繪製的表面視覺感並協助工程圖規格化、考證內部機械或構造零件佔據體積是否有潛在的衝突，設計師們往往會應用現實的材料來進行試做、修整並討論造型。
隨著時代的進步，因電腦強大的性能與軟體普及帶來的相關優勢 (請見01-1)，傳統的「草模(Idea Model)*」已經幾乎全面的轉往數位*─這點即便是作為手工原型末裔的立體企劃、巴力也不例外。
下圖是巴力開發期間的概念稿。由機械設計師獅子心老師設計。

概念圖是設計師們共同對專案溝通的語言。為了能清晰的表達出機身的特色，除了傳統的機體外觀，圖面也包含會被構造遮蓋的細節─如雙腿後方噴射器的鰭片構造、旋轉圖側角死區無法辨識的右肩肩甲和斜不對稱但有明顯遮蓋的左側裙甲。

圖片相較於過往公開的內容，本圖額外攜帶了某些被機體造型遮蓋的理論部件構造。至於某些安裝機構和造型的互動性、則在未來大頭老師的製作中另行發揮和討論─如噴射鰭片的中央構造或不是很常在插畫中看見的腳掌底部均以此處理。
進一步，為了取得表面造型的外觀草模，大頭老師以3ds Max建置了如下簡易但重點區塊各自分解的殼體。經過第一階段和獅子心老師及原案的作者先生討論後，部分公厘級甚至毫釐級的位置微調，將持續於實體製作時再行監修。

備註

*：草模一般還可以細分「有機能草模(通常這階段可以另稱功能原型)」或「外觀草模」。雖然多數的開發已經轉入數位，但某些要驗證實際風洞狀況或美感調整的開發，如汽車，還是保留了以由土製作外觀草模的習慣。

一款模型的體積多大，將直接決定關節設計、結構承重極限與表面資訊密度。
因為原作中的巴力並沒有明確的體積指示─畢竟是魔法具現─而且可大可小，考量使用摩擦力咬合式可動關節、並設定支援的PE軟膠材質來源是否便宜合理，我們作了下列的評估：

體格合理性

C3/Wonder Festival市場上的Garage Kit普遍對應版權源體格設定以無比例或1/144型居多，少有1/100。
有精細設定詳細參數的版權物件身高，普遍全高集中在標準人類身高以下或15m~25m兩類區間；考量巴力的契約者和召喚狀態的外觀分離，選擇後者大型化方向換算1/144、合計公差可得10cm~17.5cm的數據。
鋼普拉HG規格為1/144，最高頭頂高為16cm，和部分MG規格最小體格機體進入重疊區。商業商品的複雜度可成為製作時留白或細膩程度的捏拿範本。

組裝材料價格合理性

本處的組裝材料價格指的是「套件購買後額外添購用於完成機體的零件價格」。這些額外取得的零件須衡量購買者在取得便利程度、售價和剩料拓展應用的手法，便能得出成本─效益值最佳的開發使用材。

Wave改裝系列的PE軟膠零件。一份售價約80~200元不等、店面普遍庫存不穩定及巴力一機使用的特定形狀零件份數可能會超過單片提供的總量造成大量的餘料，故只作為孔位相容的建議套件。
鋼普拉PE軟膠零件(俗稱PC板件)。一份全新的鋼普拉最便宜為360元，包含塑膠與軟膠材料。庫存雖然單一機種會有檔期和熱銷狀況的變動，但考量萬代旗下所有同級的PC零件均可互相通用(除非未使用)，取得方式十分廣泛。通常，收藏玩家會有大量的組裝後餘料存在、二手塑膠零件部分(殺肉)流通便利，購買的成本可快速攤平抵銷，因此設為主力。

此為PC-001號板件全圖。PC-001板件亦有衍生型的PC-001A，多出了圖右後段的一部份零件。本次開發將盡量已一片標準型PC-001為主體，取得上，只要跳過不使用PC零件的特殊機型(如HG里歐)，即可取得對應的PE軟性組件、十分方便。

綜合以上，巴力最終在上述衡量和原案作者偏好下定案為「1/100比例、16cm頭頂高，使用HG鋼普拉規格PC板件做為關節摩擦力咬合零件」的GK模型。
如果這是一起3D建模原型開發，此處就應該使用前一回小節內容提及的細節、搭配PC板件上零件的數據，完成CG資料。
不過因為巴力是一起手工原型企劃，合計了上述開發考量的成果，取而代之的是先測量PE軟膠零件的數據、後假設性的在手肘區域關節部分先行放入一個暫充比例的象徵箱型。
之後，再將全機體與拆解獨立部位(軀幹、頭部、腿部等)的六面以網格和外殼各自輸出圖檔；後以Photoshop配合版面編排、尺規編輯兩項功能放上長寬都是1cm的正方形比例尺，列印成製作用的藍圖。

①為實際印出來後用於製作時比例尺的概念。②則是方形對應Photoshop內尺規網格的設定，採用方塊每一邊長為1cm。如此可以在製作過程中壓著圖片藉由三視或放在方塊上直接比較相對感，協助掌握比例關係。

因為單轉軸的肘可動關節會直接影響上下臂的造型且彼此干涉可動的範圍，考量機械結構多為箱形的事實，市面上多數的機械人模型可動關節設計都採用「三段箱體」的「雙重關節」組合。

經典的雙重關節、三段箱體範例。取材自HG脈衝鋼彈說明書。

三段箱體的構造是以軸棒在中箱內靠摩擦力咬合製造承重能力、上下的箱體負責以卡榫和上下臂的零件連動構成手部的整體。部分機體因為裝甲空心範圍廣大但有干涉，偶爾會為了增進可動的考量，會讓三段箱體中段的軸棒位置偏離零件中線、或在上下臂的卡榫區額外留下其他可利用的軸棒插入系統。
取得了基本藍圖的巴力目前還未有細節的關節設計，在直接進入自製之前，大頭老師決定完全依照象徵箱型和PC零件11號的數據在3ds Max中獨立建置一個套用骨架可轉動的CG原型測試。

擷取上臂的單獨區塊額外印製三視圖，配合比例尺格測量「假設箱體」對上臂的接口處寬度，可以得到箱體關聯的數據並與PC零件11號量測結果並用，在獨立的驗證建模和實際製作中使用。

如同前面幾章(可見本系列01與01-1)的介紹，Polygon系統的3ds Max和CAD系統內置物理引擎運作的型態截然不同、且因為建模「沒有實體封閉的體積」，所以穿插是被允許而需要人工清除的。
在不使用其他的軟體的情況下，最佳的方式是直接依照丈量的數據對應系統單位長直接建置一個數位模型，實際透過轉動觀察穿插發生的狀況來決定修整的方向。

圖中黃圈的部分為干涉需處理的區域。上下臂的構造部分將在手臂篇介紹造型的微調。

由上圖可知，經單獨組合測試與套合手臂無厚度的殼試轉，均可發現有干涉的存在。記錄下這些構造衝突的地點，如果無關造型、則在後續施工中以打磨和裁切排除；至於牽動造型的上下手臂裝甲部分，則會與設計師討論取得修訂方案 (詳情請見手臂製作，上臂篇之內容)。在這樣反覆的觀察和討論中，合乎常理的構造便逐漸浮現─最終，大頭老師預估肘可動應當可達100~110度之間；最低也有90度的可動。

取用PC 11號零件，依照前述模擬時測量的厚度數據取用膠板堆疊貼合作為基底。

為了減少PC零件所佔的體積，切去11號零件圓環外兩邊對稱突出的一端，然後將PC 11號零件與厚膠板一前一後放在直角規板的邊緣上切齊，同時用厚度數據裁切薄膠板以「ㄈ」形包圍、快乾固定。

此時PC 11號零件仍未完全定位，故使用瞬間膠補土填入作固定。灌注液態的瞬間膠補土時，用膠帶的亮面遮蓋包覆不要接著的部分─如桌面和壁面外框，並以此穩定等待乾燥。PC零件不會被瞬間膠黏合，所以成形後可以輕鬆地推出留下形狀。

因為是三段箱體雙重關節，所以至少需要做兩次。其他機體部分的關節或許會評估實際裝設的結果另行改良，但即使是軸棒位置產生偏移，製作手段仍維持不變。

因為重複做一次難免有公差，為了能控制兩件盡量相同，使用手鑽在關節末尾鑿出可供塑膠棒穿入的孔洞、另搭配PC 11號孔徑的塑膠棒穿入兩軟膠零件固定，執行外邊的打磨。
如果要檢查打磨的程度，不妨在打磨目標邊畫上顏料，以此目視判定結果。

可以使用雙頭鋼彈麥克筆作記號，這是除了簡單塗色外另外的用途。

使用自製的打磨台進行平行邊修整。製作概念同45/90度打磨台。

打磨處理後可由顏色的變化得知表面的整平狀態。

刨刮也是一種表面整平的手法。這是整理接近完成的樣貌。

最後剩下來的上端孔洞可以用來固定上下臂，並提供多一段軸棒轉動角的可能。

依照設計圖的規劃，裁切雙重關節中段箱體、安裝軸棒處的外殼塑膠片。
此片需要複製一次，為了避免裁切上微小的公差，兩片外殼膠板會以重疊的形式在邊上同樣塗上顏料標記打磨。此切齊的狀態將繼續到游標尺量測鑽孔圓心、標記PC零件11號的孔洞徑後鑽洞為止。如此保證兩端軸棒能互相平行且安裝順利的片狀選擇一端插入等孔徑的膠棒，以快乾膠固定後便可得到固定軸棒。
下圖展示的，是完成狀態的三段四分件外貌。

完成複製並插入軸棒後的四分件外貌。

假組插入後可發現彼此有嚴重的干涉。

如果說上述中箱外殼整理出倒角是為了肘彎後造型的的美觀，那麼上下兩箱的外框的邊框刨除動作，是為了解決轉動干涉。為了避免裁切下手太重導致遺憾，這邊一次將兩個箱體串在一起慢慢地透過打磨調整造型、不時裝回去檢測可動範圍，直到滿意為止。注意，不要打磨到PC零件的部分，所以恰當的留下厚度是必須的。
打磨過後的成品如下圖。

如果各位朋友覺得「多了什麼」，沒錯，在外邊的一側被貼上了一些裝飾性的膠板。這些裝飾性膠板安置的時間依個人喜好而定，這邊是在中期後才貼上，配合後期打磨整形的手法。一開始先貼配合打磨也是個可行的方案。

使用雙夾邊的兩片零件強度和牢固程度都不足，為了盡可能提升結構，所以必須要完成一定的封閉特徵。封閉線可參考上一小節人工穿插除錯的1:1 CG草模中的邊沿短壁數據與以施工。

途中位於中箱體右側的鉛筆線即是量測繪製的平行線。此處會貼上垂直的膠板以提供未來完全封閉關節時所需的強度。

無論從原本CG草模或圖中均可發現顯著的干涉，因此同樣的打磨步驟仍然要不厭其煩地於另一側鏡射的再做一次。

相較於靠外側的轉角，藏於內側的零件每打磨一段時間後要對照性的安裝測試干涉狀態。必要時連該側距離PC零件的厚度都需要微調打磨、去除可能會卡到的稜角。修整完成零件，最終配合垂直黏貼安裝的結構強化面，可構成下圖的外觀。

最終，為了能夠保證結構全面的強度，兩轉軸的空隙貼入薄膠板並和肘後側外壁構成「工」字結構。這一段構造的厚度和干涉也需要實際測試，故採用逐段施工，先將「工」字中樑的膠板確認無誤固定後，再蓋上位於臂彎處的頂蓋。

最終成品完成樣貌。

經過了一番努力，我們製作了完整可動的關節。因為巴力的雙手不對稱且外裝甲體積各自不同，所以涵蓋雙腿共需製作三種不同外觀，但同樣都是雙重轉軸的關節組。配合同期修訂的上手臂假組 (請見手臂製作的上臂篇)和具比例尺的圖樣比較，可得良好重現的造型、確認比例在機身中確實無誤。
至於軸篇版或膝蓋版本的細節，如果有相關的追加製作，我們會另外更新補充。