试述三维动画《过年》中的骨骼绑定 毕业论文.doc

2012届本科毕业论文试述三维动画过年中的骨骼绑定 院（系）名称美术学院专 业 名 称艺术设计（数码方向）学生姓名 学号 指导教师 完 成 时 间2012年5月试述三维动画过年中的骨骼绑定 摘 要：骨骼绑定在一部三维动画中起着至关重要的作用。好的骨骼绑定可以方便动画的制作，可以让设计师调整人物动作时更加方便快捷。骨骼绑定的每一个步骤都影响着最终的动画效果，绑定是为动画做前提基础的，方便动画师制作动画，好的绑定可以让动画更加的流畅，可以让人物表现的更赋予生命性。除了骨骼绑定还有角色的表情绑定，也是为了让人物能说话或者表现不同的表情等。绑定所做的一切都是为了动画而设定的，所以好的绑定设定主要是根据整个动画的风格和流程来设定的。骨骼绑定在三维动画中是不可缺少的部分。关键词：骨骼绑定;三维动画;过年三维动画又称3d动画，是一种新兴技术。三维动画给人以立体感真实感，甚至可以细微到动物的毛发，这样效果的制作被广泛应用到影视、教育、医学等众多领域。电影中撞车、变形或者虚幻场景等都是三维动画在实际生活中的应用。设计师在三维动画软件中先建立一个虚拟的场景，然后根据比例建立模型，根据要求设定模型的运动轨迹，虚拟摄像机的运动以及其他动画参数，最后为模型赋上特定的材质，并打上灯光，最后输出渲染，生成最后的画面。梦工厂的“怪物史瑞克”和皮克斯的“海底总动员”就是这样完成的，视觉方面比二维动画有冲击力。三维动画的制作流程为：模型、材质、绑定、动画、渲染、特效、合成。每一个环节都是相关联的。模型与材质决定了动画的风格，绑定和动画决定了动画的流畅度，渲染、特效和合成决定了动画的色调以及最终的效果。由于三维动画具有精确性和真实性，目前三维动画正在国内迅速发展，现今三维动画的运用到处可见，建筑领域、规划领域、园林领域、产品演示、模拟动画、片头动画、广告动画、角色动画、虚拟现实等方面充分体现了三维动画目前重要的地位。为了让观众真实感受到过年所表达的情感，笔者运用了这项先进的技术，下面就是具体介绍三维动画过年的制作过程。一、前期准备（一）选题背景三维动画短片过年是一部以关爱农村老人为主体的动画。现代化生活的节奏越来越快，农村的青年人大多为了家庭，为了生活，进入城市打工。农村青年见到繁华的都市，丰富多彩的生活环境以及各种各样的诱惑，年轻人已经不愿回到那落后贫穷的家乡，而已经熟悉了许多年家乡环境的老人不愿意离开生活多年的地方，导致了老人只有逢年过节才能见到期盼已久的儿女们。在人类的情感中，最重要的情感莫过于亲情了，而这部三维动画短片的故事背景是根据笔者二十多年的成长经历与亲眼所见，制作出来，以此来表达在农村生活的老人们渴望团圆的愿望，并让更多在外打工的子孙们知道家中还有体弱多病的老人在苦苦期盼他们常回家看看。由于制作者的生活背景是个小村庄，制作者亲眼看见在家苦苦等候的父母日日坐在家门口等待儿女的归来，孤单的背影让人落泪，制作者更加想把这个动画做出来，让所有人都知道父母辛苦的等候。（二）资料收集单靠制作者对于平时的观察是远远不够的，所以，制作者必须不停地寻找更多的信息和参考资料，甚至有可能的话，找到比较贫穷的农村（见图1、图2），进行实地的考察。毕竟房屋的装饰，厨房的灶具，院子东西的摆放都不是凭空能想出来的，前期收集资料的方式多种多样，可能是一些简单的文字描述，后期就对前期进行总结与分类，为的是更好的完成这部三维动画。图1 图2（三）风格定位为了更加贴合动画短片的主题，尽可能的真实表现农村的生活习俗，根据收集的材料，制作者将动画做的偏写实，场景的设计元素上，制作者采用了中国北方传统的毛坯房为代表，这样的使用是考虑到符合人们居住的环境，更好的突出这部动画短片的主题。本部动画短片采用较灰色调，突出农村生活的简单、朴实与相对的不富裕，从而烘托出老人的思想感情色彩。片中鲜亮的色彩是为了打破观众观赏沉闷之感，起辅助作用。二、设计过程（一）动画的制作流程及分工 三维动画过年的制作流程是建模-材质-绑定-动画-渲染-合成-后期。由于该片设计的人物比较多，建模是全体组员进行制作的，主要使用的是polygon建模，材质由小组的两位成员负责。动画和后期是笔者和其中一位组员负责。（二）骨骼绑定的具体制作骨骼绑定是后期动画制作的前提，骨骼与模型的配合直接关系到后期模型动作的调整，每一条骨骼都是一个不可分割的重要组成部分。首先介绍下老太太的骨骼绑定设定的流程。首先是脚部、脊柱骨骼的装配，根据模型搭建腿部骨骼：此处要从腰部向下创建骨骼，以腰部骨骼作为根骨。（见图3、图4）图3 图4为left-ankle关节创建ik单线控制器：控制器的添加对后面动作的调试起到至关重要的作用，所以在创建控制器的时候要特别细心。为left-ball关节创建ik单线sc控制器，为left-toe关节创建ik单线sc控制器。在为骨骼创建ik控制器的时候制作者发现应该选择rp的控制器。（见图5、图6）图5 图6添加父子关系的时候要先选择子物体然后再选父物体然后p键，同时在outline视图中可以更加直观的看清楚各类的关系，也有利于做进一步的修改和调试。对右腿骨骼相同的操作：此处可以直接用镜像的方法得到另一部分的腿部骨骼，但也可以采用上述同样的步骤进行骨骼绑定。为left-foot-con和left-heel、left-ball left-toe添加被驱动关键帧，在制作驱动关键帧的时候由于当时很多骨骼，制作者容易弄乱，所以一定要把骨骼的命名做好，这样就很清晰。（见图7、图8）图7 图8创建脊柱骨骼和控制曲线并创建其父与子的关系：此处主要是将腿部和身体躯干连接起来，以达到统一的效果。颈椎的制作相对比较复杂的，因为制作者用的两套系统，fk和ik系统，这两套系统是为了更好的方便制作动画来设定的。因为有时候可能动画师使用ik系统调比较方便，有时候使用fk制作的动画比较好。所以制作者这里采取两套系统来设定，同样的工作量也增加了很多。（见图9、图10）图9 图10手臂和颈部骨骼的绑定：颈部骨骼相对来说比较少，容易掌握。这里制作者为了让头部运动和真实人一样，使用了ik单线rp控制器添加控制曲线。（见图11、图12）图11 图12创建手指骨骼：手指骨骼是所有骨骼中最为复杂的一个部分，因为手指关节相对来说比较多，而添加骨骼时又要考虑到对其他骨骼的影响，并且每根手指之间的骨骼也会存在相互的影响，这样一来就会有很多因素在里面，所以在做手指骨骼绑定的时候就要更加的小心与注意。连接手指骨骼到手腕：连接时要注意先后顺序。（见图13、图14）图13 图14为了让人物更容易控制笔者制作了身体的次级控制。公鸡和猫的绑定（见图15、图16、图17、图18）相对于老太太比较简单，主要是根据角色的骨骼布局来创建骨骼。在四足的动物制作的时候，制作者参考了很多的四足动物的分布图然后进行骨骼创建的。图15 图16图17 图18蒙皮方面，蒙皮的方式有直接蒙皮( 柔性蒙皮,刚性蒙皮 )和间接蒙皮(把晶格或包裹变形与柔性蒙皮或刚性蒙皮联合使用)。而制作者在maya蒙皮上使用了传统的蒙皮方法，根据不同的角色进行了调整，并总结出一些蒙皮的处理方法。这里用到了一个常用的蒙皮顺序方法，蒙皮时要从这条骨骼的根部或是梢部开始，一个个关节逐个绘制蒙皮权重，当绘制当前骨骼的时候要把后面的骨骼的蒙皮权重100%的给与当前骨骼。这样做的好处是，有时候一个点受到多个骨骼的控制，用100%权重给与可以清除掉，不应该影响该点的骨骼的权重。（三）遇到的问题以及解决的方法在这部三维动画过年的具体过程中，制作者遇到了多种困难。首先是创建骨骼的时候没有注意区分命名，导致后面制作比较乱。所以制作者又重新命名，使用的是一个重命名的绑定插件来完成。在创建骨骼的时候出现一个问题，就是骨骼的局部坐标方向问题。特别是创建脚部的绑定直接影响到后面人物的走路动作的调试，为脚部创建骨骼的时候要注意先后顺序，否则将很难进行下面的工作。在制作脚部的骨骼的时候，制作者遇到了一个很大的问题就是方向问题，使用ik控制测试的时候一直翻转，最后才发现是因为骨骼的方向错了。在制作腿部的时候下一个轴向一定要统一。在制作老太太的骨骼绑定的时候，最难点笔者认为是制作腿部与胳膊的次级控制。在制作次级身体控制的时候，遇到很多问题，首先是骨骼的方向，制作者把骨骼局部坐标轴显示出来，为了让方向统一，制作者使用复制骨骼方向来让他是统一的方向。这样在蒙皮的时候不会出现错误。接下来创建locator，进行父子和目标约束的时候我也出现了不少的问题，由于骨骼比较乱，比较多，层级关系比较复杂。所以在进行互相约束的时候出现继续约束错误。所以还是要骨骼命名要规整，思路要清晰。创建的毛囊的时候也要注意，必须选择面中间创建，要不然就会出现很多没用的毛囊。次级控制的原理就是曲线控制毛囊，然后毛囊带动蒙皮的骨骼。当时笔者做这个次级控制的时候以为已经完成了，没想到在最后的整体缩放的时候出现重大问题，整体缩放控制器的时候制作的次级控制器没有跟着一起缩放，而是变大了。后来才发现原来是毛囊没有进行缩放约束，制作者又将控制器去缩放约束每一个毛囊。这样就正常了。三、结语在选择制作过年3d动画短片之初，由于笔者对3d动画的无限热爱与勇于挑战的精神，使笔者在毕业设计的选题上，充满了无限的激情与畅想。三维动画短片过年讲的是关于关爱农村空巢老人的故事，之所以选择这个主题，是因为笔者二十多年的成长经历中，家庭中的老人生活环境由农村移居到城市的这件事，通过观察老人的言谈举止，充分感觉到老人孤身在农村的孤独与对儿孙的思念。而此动画短片的灵感来源就是在农村生活的老人们望眼欲穿的期盼在城市工作、学习的儿孙过年回家团圆这件事。在制作中，由于对maya软件的不熟悉，每次做东西总会发现有不足之处，在对操作中出现了一些问题，制作者观看了相关的视频教程，查阅了相关的书籍，请教了指导老师与一些在这方面技术上比较过硬的同学来一步一步的解决这些问题。制作完成3d动画短片过年之后，制作者进一步了解了三维动画制作过程中应该注意的问题，对三维动画的创作与制作有了新的认识，经过这次毕业设计的制作，制作者在专业方面有了一大突破，尝试了以前不敢尝试的东西，为了这次毕业设计付出的努力也是十分巨大的，不过会对制作者以后进入社会有很大的帮助。四、致谢大学四年生活即将结束了，毕业前的毕业设计是对自己四年来学习的一次总结，为自己的校园生活画上完美的句号。这部动画作品凝结了我与小组其他成员太多的汗水。首先要感谢我的父母对于我学业的支持，无论是精神上还是物质上；其次要感谢我的两位指导老师在整个制作过程中对于我们的支持与帮助。从开始剧本的设定，到后来的动画出现的问题，需要修改完善的部分，两位老师都特别认真的给予我们详细的讲解与帮助，这对于我们的毕业设计有着不可忽视的作用。亲爱的老师、同学们，与你们共同奋斗在毕业设计上的过程，我会终身难忘，感谢所有人对于我的支持，如今，我们即将要离开这片生活了四年的土地，有太多的不舍，太多的回忆，但我们必须为了我们的梦想拥抱未来，为实现自己的梦想而奋斗！参考文献：1 郑刚、吴晓玲.maya动画设计与制作m.北京：北京师范大学出版社.2011年8月.114页2 贾否.动画创作基础m.北京：清华大学出版社.2003年3月.70页3铁钟、陈前