三維角色動畫的設計與實現
體育與藝術
作者：雷全智 陳珍娜 文婕英
【摘要】三維動畫技術可以模擬真實物體運動模式，利用三維動畫設計軟件可以模擬三維動畫的製作。在本文中，我們利用MAYA軟件製作和實現三維角色動畫，並結合後期製作軟件生成三維動畫。
【關鍵詞】三維動畫 運動捕捉 蒙皮 後期處理
本文首先利用Maya軟件製作出場景和角色的模型，接著利用PHOTOSHOP軟件設計角色的貼圖並賦予模型，然後在模型中添加骨骼對象實現蒙皮操作，再利用運動捕捉係統把角色動作捕捉保存下來並給予對應的骨骼對象，在場景當中添加燈光動畫和攝像機動畫後把整段動畫渲染出來，最後利用After Effects軟件進行後期效果處理最終輸出三維動畫影片。具體過程如圖1所示。
圖1 三維動畫製作流程
一、三維建模
三維建模是三維動畫設計的第一步，是三維動畫的核心和基礎。沒有一個好模型，再好的動畫效果都難以表現。目前，市場上有許多優秀三維建模軟件，比較常用的有3DSMAX，SoftImage，Maya，UG和AutoCAD等等。這些軟件的共同特點是利用一些基本的幾何體，如長方體、球體等，通過一係列幾何操作，比如平移、旋轉、縮放、擠出、拉伸以及布爾運算等操作來製作出複雜的幾何場景。本文主要采用Maya來實現模型創建。
Maya是Autodesk公司開發的基於PC係統的三維動畫渲染和製作軟件。Maya具有多種建模方法。除了軟件中的幾何體模型，還有多邊形建模、麵片建模、細分建模、NURBS建模等高級建模方法。Maya多邊形建模方法主要采用點、線、麵的方法建模，比較容易理解，適合學習，在建模的過程中使用者可以有更多的想象空間和修改餘地。因此本文主要采用多邊形建模方法，利用對模型的點、線、麵的編輯獲取了角色模型和場景模型。
二、設置貼圖
在Maya中設置角色的貼圖首先需要對角色模型進行UVW展開設置，進入UVW編輯對話框中選擇出對應的麵來說選定縫合和斷開等操作，把角色的各個部位擺放到適合的位置，再把UVW模板渲染保存出來；接下來開始利用PHOTOSHOP軟件來繪製貼圖。角色形體的加強和質感的表現是貼圖繪製的主要內容，在繪製形體和質感時，將素描和色彩分開來畫會比較容易，缺點是不夠直觀，容易厭煩；相反地直接畫上去會像畫畫一樣淋漓盡致，但是對美術功底要求較高，並且不容易修改。場景的模型的貼圖直接選擇一些紋理圖片材質賦給模型即可。
三、骨骼蒙皮
3D角色的動畫主要采用的是骨骼蒙皮動畫，骨骼蒙皮動畫主要是關節動畫和漸變動畫的結合。它具有關節動畫的靈活性和漸變動畫的逼真性。骨骼蒙皮動畫是使用一係列的骨骼對象去帶動角色皮膚進行運動產生的動畫。作為皮膚的三維網格是一個整體，這樣可以避免在段與段之間的聯接地方出現較為明顯的接縫或在進行某些動作時出現段與段之間分離的情況，還有皮膚的形狀是可以改變的，這樣能使動畫效果更加的逼真。蒙皮操作可以使角色的動作與骨骼的動作一致。
四、動作設置
3D動畫中角色的動作可以通過三維軟件進行手動調節，再由計算機進行中間張的計算，製作出角色各種各類的動作。因為角色是運動的，所以為角色設計動作中，運動的物體需要考慮運動規律。當然角色的簡單個別動作我們通過對骨骼的設置可以實現，但是本文角色動畫的動作比較複雜。如果直接對骨骼進行調整，那我們所設置的關鍵幀的數量要非常的多，一方麵工作量太大，而且調整完後由計算機自動計算出來的動作的流暢性會受很大的影響，因此我們需要利用運動捕捉係統來實現。運動捕捉係統是一種用於準確測量運動物體在三維空間運動狀況的高技術設備。它基於計算機圖形學原理，通過排布在空間中的數個視頻捕捉設備將運動物體（跟蹤器）的運動狀況以圖像的形式記錄下來，然後使用計算機對該圖像數據進行處理，得到不同時間計量單位上不同物體的空間坐標（X，Y，Z）。我們利用運動捕捉係統請舞者按要求跳出各種舞姿並把舞姿捕捉到計算機當中，然後把這些文件保存成能被Maya軟件使用的BIP格式。最後再利用Maya對模型骨骼加載動作文件，從而實現3D角色的角色動作。