三维水墨动画设计与实现——《雨后》材质与贴图---毕业论文

本本 科科 毕毕 业业 论论 文文 三维水墨动画设计与实现三维水墨动画设计与实现 雨后雨后材质与贴图材质与贴图 Design and Implementation of 3D Chinese Ink Painting Animation Material and Mapping of “After the Rain” 姓 名： 学 号： 学 院：软件学院 系：软件工程 专 业：软件工程 年 级： 指导教师： 年年 月月 摘摘 要要 中国水墨动画曾以其特殊的艺术表现力在国际上辉煌一时, 这种中国特有的本土动画 形式也取得无数的骄人荣誉。但自从中国动画创作走上商业化创作之路, 而传统的水墨动 画由于其制作工艺的异常复杂, 耗费大量的人力物力，艺术创作脱离商业市场运作, 传统 水墨动画近些年近乎绝迹, 中国水墨动画开始走入低谷。而三维水墨动画就将是一种能够 把中国水墨动画带出窘境的数字与艺术完美结合的动画形式。 本文先从传统水墨画的角度出发，分析了传统水墨画的特点，水墨动画的诞生，以及 三维水墨动画的发展；然后从理论的角度，以三维动画的制作流程为线索，阐述了三维水 墨动画前期、中期和后期的设计与制作；在思考了三维水墨动画材质与贴图的实现方案之 后，选择了 3ds Max 8 和 Photoshop CS 作为项目实现工具，并对 3ds Max 的材质与贴图 作了简单说明；最后详细地描述了三维水墨动画雨后中所有角色的材质贴图的不同制 作方法和具体实现过程，这些材质与贴图综合运用了位图贴图和衰减贴图的方法，使水墨 的效果更逼真唯美。 关键词：关键词：三维技术；水墨动画；材质贴图 ABSTRACT Chinese ink painting animation art has its glorious moment in the international arena for its special art expressive. Not only that, but the animation unique to China has also made countless forms of impressive honors. But, since China animation on the road for commercialization, the traditional Chinese ink painting animation almost disappeared in recent years, and begins to go into a valley, because of its extremely complicated production process, a lot of manpower and resources, and the art creation from the operation of the commercial market. However, three- dimensional Chinese ink painting animation is a perfect combination with digital and art, which will be able to bring the Chinese ink painting animation out from dilemma. In this paper, we talk about the characteristics of traditional Chinese ink painting, the birth of Chinese ink painting animation, as well as the development of three-dimensional Chinese ink painting animation. And then, from a theoretical point of view, it formulates the pre-, medium-and post-design and production process about three-dimensional Chinese ink painting animation. After considering about the realization of the map and the materials in the three-dimensional ink animation, we select the 3ds Max 8 and Photoshop CS as the implementation tools of project, and made a brief description of map and materials in 3ds Max. In the final, it describes in detail the different texturing methods and concrete realization of the production process about mapping and materials of all roles in three-dimensional Chinese ink painting animation “The Lotus after the Rain“. These comprehensively use the bitmap and falloff map to make the ink more realistic aesthetic effect. Key words: 3D Technic；Brush Drawing Animation；Material and Mapping 目目 录录 第第 1 1 章章三维水墨动画概述三维水墨动画概述 1 1 1.11.1传统水墨画的特点传统水墨画的特点1 1 1.21.2水墨动画的诞生水墨动画的诞生2 2 1.31.3三维水墨动画的发展三维水墨动画的发展4 4 1.3.1三维动画的概念 .4 1.3.2三维水墨动画现状 .4 1.3.3三维水墨动画与传统水墨动画比较 .5 1.3.4三维水墨动画的特征与意义 .5 第第 2 2 章章三维水墨动画的设计与制作三维水墨动画的设计与制作 7 7 2.12.1三维水墨动画的前期准备三维水墨动画的前期准备7 7 2.1.1三维动画故事剧本的创作 .7 2.1.2角色、场景的设定 .8 2.1.3故事板、分镜图的绘制 .9 2.1.4剧中所需音乐、音效的收集 .9 2.22.2三维水墨动画的中期制作三维水墨动画的中期制作9 9 2.2.1建模 .9 2.2.2材质与贴图 10 2.2.3骨骼与蒙皮 10 2.2.4动画 11 2.2.5灯光 12 2.32.3三维水墨动画的后期合成三维水墨动画的后期合成1313 2.3.1渲染 13 2.3.2特效与合成 13 2.3.3剪辑 13 第第 3 3 章章三维水墨动画的材质与贴图三维水墨动画的材质与贴图 1515 3.13.1实现方案实现方案1515 3.23.2工具介绍工具介绍1616 3.2.13ds Max 8 .16 3.2.2Photoshop CS 16 3.33.33 3DSDS M MAXAX材质与贴图材质与贴图 1717 3.3.1材质编辑器 17 3.3.2材质类型 18 3.3.3贴图通道 19 3.3.4贴图类型 20 3.3.5贴图坐标 21 第第 4 4 章章三维水墨动画材质与贴图的具体实现三维水墨动画材质与贴图的具体实现 2323 4.14.1荷花荷花2323 4.24.2荷叶荷叶2828 4.34.3小荷小荷3030 4.44.4荷梗荷梗3232 4.54.5莲蓬莲蓬3535 4.64.6水、水波与水滴水、水波与水滴4040 4.74.7鲤鱼鲤鱼4343 4.84.8小孩小孩4646 4.94.9其他其他4949 4.9.1船 49 4.9.2蜻蜓 49 第第 5 5 章章结束语结束语 5151 参考文献参考文献 5353 致致 谢谢 5555 CONTENTS Chapter 1Introduction of 3D Chinese Ink Painting Animation 1 1.1Characteristics of Chinese Ink Painting1 1 1.2Birth of Chinese Ink Painting Animation2 2 1.3Development of 3D Chinese Ink Painting Animation4 4 1.3.1Conception of 3D Animation.4 1.3.2Situation of 3D Animation4 1.3.3Compare 3D Chinese Ink Painting Animation with Drawing.5 1.3.4Characteristics of 3D Chinese Ink Painting Animation 6 Chapter 2Design and Animation for 3D Chinese Ink Painting Animation7 2.1Prophase Preparation7 7 2.1.1Writing Scripts.7 2.1.2Seting Characters and Scene .8 2.1.3Drawing Storyboard 9 2.1.4Collecting Musics9 2.2Mid-term Animotion9 9 2.2.1Modeling9 2.2.2Material and Mapping .10 2.2.3Bones and Skin10 2.2.4Animotion11 2.2.5Lights.12 2.3Postproduction1313 2.3.1Render13 2.3.2Effects13 2.3.3Montage.13 Chapter 3Material and Mapping of 3D Ink Painting Animation15 3.1Metheods for Implementation1515 3.2Tools Introduction1616 3.2.13ds Max 816 3.2.2Photoshop CS 16 3.33ds Max Material and Mapping1717 3.3.1Material Editor.17 3.3.2Material Types.18 3.3.3Maps19 3.3.4Map Types.20 3.3.5UVW Map.21 Chapter 4Implementation of Material and Mapping .23 4.1Lotus2323 4.2Lotus Leaf2828 4.3Young Lotus Leaf3030 4.4Lotus Petiole3232 4.5Lotus Seedpod3535 4.6Lake Surface、Wave and Drip4040 4.7Carp4343 4.8Child4646 4.9Others4949 4.9.1Wooden Boat.49 4.9.2Dragonfly.49 Chapter 5Conclutions 51 References53 Acknowledgements .55 第一章 三维水墨动画概述 1 第第 1 章章三维水墨动画概述三维水墨动画概述 1.1传统水墨画的特点传统水墨画的特点 在进行三维水墨动画制作之前，让我们先对水墨画的理论以及技法进行一个简单的了 解。中国水墨画历史悠久，表现出外在形式与内在精神的统一，是中国传统人文思想的载 体和具有中国特色的形式语言，折射出中华民族的文化和气韵。中国绘画艺术就含蓄的意 境美、超凡脱俗的笔墨韵味、流畅飘逸的线条和独特布局结构受到了世界人民喜爱。 1含蓄的意境美 受传统审美思想的影响，中国的绘画艺术是中国文人士大夫抒发情感的一种特有的方 式和表达思想的载体。中国绘画艺术尤其重视意境的表现，这是由传统思维形式所决定的。 中国自古以来善于表现自然美，表现人与天地万物的和谐。中国画在构图上不遵循西洋画 的黄金律，整个画面的比例虽然失调，但是它照样能够很好地表现出特殊的意境和画者的 主观情绪。 2超凡脱俗的笔墨韵味 中国画的一个显著的特点就是以墨线表现画者的思想和精神。用笔和用墨是中国画造 型的重要部分。用笔讲究力腕宜挺，气不断，住笔稳，忌轻挑。一般来说，中国画的用墨 之妙，在于浓淡相生，全浓全淡都缺了那份韵味，必须有浓有淡，浓中有淡，淡中有浓。 中国画的墨线具有独立的美学价值。 3流畅的线条 流畅的线条是中国绘画艺术思维形式中最基本的、最典型的特征之一。中国画讲究用 线造型表现画家的情感和艺术思维，将刚柔、粗细、曲直、软硬等线描表现运用自如。线 描的种类也十分丰富，有的用墨线勾画，有的用粉线、朱线勾，笔意流畅，恢宏大气。其 三维水墨动画设计与实现 2 以墨线为基础，回旋曲折、纵横交错、顺逆顿挫、驰骋飞舞，对形成对象形体的气势作用 极大。 4独特布局结构 传统水墨画喜欢在空间布局上留白，经空白有机穿插组成的画面，给人以鲜明的节奏 感。中国传统绘画，自觉利用空白来打破只用墨色布满画面而产生的单调。构思新颖，使 画面的造型成分形成了富有音乐感的变化。 与西方的油画不同，水墨画是一种写意的艺术，它忽略透视，不通过细微颜色变化来 营造空间感。而是在水墨浓淡之间，通过变化层次表明空间的深远关系，以意延形，阐述 物象的虚实和气韵，赋予物以生命和精神，把人心中的体验、感受和情趣都融入画面。水 墨画形象简洁，却寓意丰富，以极少的要素表达最多的信息。 1.2水墨动画的诞生水墨动画的诞生 水墨动画片是中国艺术家创造的动画艺术品种。它以中国水墨画技法作为人物造型和 环境空间造型的表现手段，通过连续放映形成浓淡虚实活动的水墨画影像的动画片。这种 动画形式是“中国动画学派”的代表之一，它将传统的中国水墨画引入到动画制作中，画 面和谐净透，充满诗意，体现了中国画“似与不似之间”的美学境界。 1960 年特伟把水墨画的技法与风格引入了动画电影，拍摄了世界上第一部水墨动画 片小蝌蚪找妈妈，将千年历史的中国水墨神韵和风采搬上了银屏，现实了众多艺术家 多年的梦想，迅速震惊了国际动画界。法国世界报以赞扬的语气评论这部电影说： “中国水墨画，画的景色柔和，笔调细致，以及表示忧虑、忧郁和快乐的动作，使这部影 片产生了魅力和诗意”。接着中国水墨动画进入一段辉煌时期，陆续出现牧笛、山 水情等优秀水墨动画作品。 牧笛片长 20 分钟，以抒情的笔触，展现出中国文化“天人合一”的思想境界。 影片中李可染画的水牛，气宇轩昂，质朴无华，有着独特的风姿。山水画家方济众担任背 景设计，采用中国江南景致，展现中国山水画中常见的高山峻岭和飞流千尺的气象，达到 第一章 三维水墨动画概述 3 借景抒情、情景交融的意境。整部影片画面优美，意境深远，节奏流畅，充满诗情画意。 山水情打破传统逐格拍摄手法，对准原幅背景进行拍摄，再与逐格拍摄的动画镜 头相合成，充分发挥了中国水墨画的特色。在处理师徒离别的影片高潮戏时，采用画家现 场作画与摄影师现场拍摄，再与动画镜头合成，充分显示出层次感和节奏感。这部仅 18 分钟的影片，格调清新洒脱、空灵飘逸，将中国诗画的意境和笔墨情趣融进了每一个画面。 然而，水墨动画片的制作过程繁琐又耗费时间，不是人们所想象的那样，所有动画绘 制都在宣纸上完成。“我们虽然在银幕上看到的活动的水墨渲染的效果，但实际上只有在 精致的背景画面中才能找到真正的水墨笔触，只有背景画面才是如假包换的中国水墨画， 原画师和动画人员在影片的整个绘制过程中，始终都是用铅笔在动画纸上作画，一切工作 如同一般的动画片，原画师一样要设计主要动作，动画人员一样要精细的加好中间画，不 能有半点差错；如果真的要在宣纸上用水墨画出那么多连续的动作，世上没有一位画家能 把连续画面上的人或动物的水分控制的始终如一。”传统水墨动画的制作工艺非常非常复 杂，一部短片所耗费大量时间和人力是惊人的。表 1-1 是小蝌蚪找妈妈、牧笛和 山水情的制作人力及时间的比较。 表表 1-1：动画片制作比较表：动画片制作比较表 动画片小蝌蚪找妈妈牧笛山水情 片长14 分钟20 分钟18 分钟 制作人数70 人50 人60 人 耗时6 个月15 个月18 个月 参考资料：郭宜峰. 基于 3ds Max 的水墨三维动画的设计与实现D. 成都：四川师范大学，2008. 从表 1-1 中可以看出，过去水墨动画的制作是相当费时费力的，这使得水墨动画面临 着无以为继的尴尬，摆在我们面前的问题是，属于我们中国原创的传统水墨动画风格究竟 如何保存与发展？千年的水墨，悠远的人心，都是中国的情怀。墨分五色，浓妆淡抹，喜 三维水墨动画设计与实现 4 怒哀乐，气韵悠长，是中国人的心境。而三维水墨动画将是对传统水墨动画的突破。 1.3三维水墨动画的发展三维水墨动画的发展 1.3.1三维动画的概念三维动画的概念 三维动画又称 3D 动画，通俗地说就是“在虚拟三维空间中的动画” ，是近年来随着计 算机软硬件技术的发展而产生的一项新兴技术。三维动画软件在计算机中首先建立一个虚 拟的世界，设计师在这个虚拟的三维世界中按照要表现的对象的形状尺寸建立模型以及场 景，再根据要求设定模型的运动轨迹、虚拟摄影机的运动和其它动画参数，最后按要求为 模型赋上特定的材质，并打上灯光。当这一切完成后就可以让计算机自动运算，生成最后 的画面。 1.3.2三维水墨动画现状三维水墨动画现状 说到三维水墨动画，不得不提的就是许毅的夏和高路动画的作品。 2003 年，许毅导演的三维水墨动画夏 （Ode to Summer）第一次入选了 SIGGRAPH 世界顶级 CG 盛会，它使用三维技术结合中国传统水墨画风格，给三维赋予 了新的元素，使观众耳目一新，也使得中国的三维创作有了自己的特色。这一篇名为夏 的短片以荷塘、荷花、蜻蜓、池鱼和采莲的女子为构图元素，创作出一副生动美丽的南方 夏景。这部动画被誉为挽回中国动画信心的作品。这是水墨动画走出水墨艺术“动画化” 成为真正意义上的水墨动画最成功的一次尝试。它完全以电影的创作规律为主导，向观众 诠释了一个耳目一新的真正意义的水墨动画。 高路动画是以三维水墨动画技术为特色的动画公司，之前已有祥和昌盛 牧笛 童趣 鲤鱼跳龙门 荷塘月色 将进酒 孔府 黛玉等等众多的优秀水墨作品。 其中，三维动画短片牧笛根据上海美术电影制片厂 1963 年制作的水墨动画剪辑改编 而成，恢弘雄伟、隽永浑厚，在丹麦国际电影节上获金质奖。 第一章 三维水墨动画概述 5 图图 1-1：夏：夏 1.3.3三维水墨动画与传统水墨动画比较三维水墨动画与传统水墨动画比较 传统水墨片角色造型自然生动，画面色彩虚实变化明显，形象具有很强的质感，极具 人情味，在很大程度上拥有多种欣赏层次，满足了不同年龄观众的审美需要，具有很高的 艺术价值。但其制作过程繁琐耗时间，完全依靠具有高超绘画技艺的画师来完成。以此种 方式制作的动画片虽然比较注重画面的设计，但是却忽略了电影镜头。它的画面制作精良， 是一种平面的装饰性美，具有很高的艺术欣赏价值。但它作为电影的一种形式，更应该具 有电影的一些物质与叙述方式。 而采用 3D 技术制作的水墨片则拓展了 3D 的创作语言，表现出了二维水墨所不能创 建的运动空间。它投资小，变通性强，制作灵活，比较适合商业运作，是现代动画电影最 常见的表现方式。使用 3D 技术制作的水墨片可以说是水墨艺术真正与动画电影相结合的 一种尝试，电影中的水墨风格仅是体现其独特表现力的艺术手段之一，影片的重点除了放 在对画面美感的处理之外，更进行了一些电影语言等方面的探索。大胆采用电影的时空观 念、音画观念、蒙太奇观念、镜头画面设计等动画电影性的观念演绎中国传统的水墨画。 1.3.4三维水墨动画的特征与意义三维水墨动画的特征与意义 三维水墨动画的具有以下三大特征和意义。 首先是视觉的传播性与唯美性。媒介的丰富性是打破了传统水墨画依附于宣纸的单一 三维水墨动画设计与实现 6 传播方式，而改用任何的视频媒介为载体，欣赏人群可以自由选择的播放场所和时间，在 当今高节奏的时代，这样传播面广，传播速度快的艺术品，让更多的人在最短的时间里欣 赏到水墨动画作品，同时也为走出国门，走向世界提供了良好的保障，有利于国际艺术交 流和高峰对话。唯美性则是在原有的水墨特征上，增加了镜头叙事和立体空间表现，视觉 节奏变化丰富，并且伴随着音乐和音效，水墨动画给我们带来的视听艺术享受， “形” 、 “色”与“乐”形成水墨动画语汇的关键。 其次，主体的民族性与国际性。民族性与国际性是当前谈论比较多的话题。就水墨动 画而言，无疑是民族性的，并且是中华民族的文化艺术精髓。但是，我们放眼国际，水墨 动画一定是极具国际性的，国际性文化艺术依托东西方共同发展，水墨动画自然是国际文 化艺术不可缺少的部分。 再就是时代性与延伸性。一改传统的纸上拍摄的手法，水墨动画也实现了无纸化，采 用最为先进的三维动画技术和图形工作站来拍摄，在软件和硬件方面是都极具前沿性，甚 至引领了计算机图形技术潮流。延伸性一方面是技术和软硬件的可持续性，另一方面是在 视觉表现上的可探讨性，都给我们留下了巨大的空间。 第二章 三维水墨动画的设计与制作 7 第第 2 章章三维水墨动画的设计与制作三维水墨动画的设计与制作 2.1三维水墨动画的前期准备三维水墨动画的前期准备 2.1.1三维动画故事剧本的创作三维动画故事剧本的创作 三维动画制作也需要动画故事，动画故事即所要制作的动画片的剧本。剧本，一剧之 本，是整个动画的创作的最关键的部分，没有剧本一切都不能开始。剧本最重要的就是场 景、台词和人物动作等，特别是有关场景的描述绝不能加入个人的情感描述，而需要简明、 直观的刻画氛围。 雨后以雨后的荷塘为主题、 蒲塘秋艳图为基础（如图 2-1） ，根据不同物体的 位置变化为线索，展开整个动画的展示流程。 镜头一：影片开始的画面是一副唯美真实的荷塘照片，渐渐的镜头前飘起雨来，雨越 下越大，又慢慢变小，随着雨水的冲刷，荷塘照片逐渐渲染成为一幅清淡的水墨画。 镜头二：雨停，此时画面左侧的碗型大荷叶开始慢慢向右边倾斜，一个水滴慢慢从荷 叶边掉落下来，当水滴落到水面上时，水波荡开，3D 画面出现。 镜头三：随着波纹的荡漾开去，水面下出现了 3、5 只嬉戏的鲤鱼。它们在水里追逐 玩耍，游着游着，镜头中出现了孩童的小脚丫。 镜头四：鱼儿游到孩童的脚边，在孩童脚边嬉戏，镜头上扬，出现的是一个头戴荷叶 的小童，坐在小木船的船头，脚泡在池水里和鱼儿们玩耍。 镜头五：此时飞来了一只蜻蜓，绕着小孩的头飞了一圈，小童的注意力被蜻蜓所吸引， 并企图用手抓住蜻蜓。蜻蜓上下飞了一会儿后落在了一朵含苞待放的荷花上。 镜头六：蜻蜓飞了起来，离开了那个花苞，镜头随着蜻蜓的飞舞，把整个荷塘大略带 过一遍，出现小童、荷花、荷叶。最后蜻蜓飞走，画面重新变回二维的水墨画。 三维水墨动画设计与实现 8 镜头七：渐渐黑幕，完结。 图图 2-1：蒲塘秋艳图：蒲塘秋艳图 2.1.2角色、场景的设定角色、场景的设定 剧本编写完后，就进入到剧本中角色与场景的设定中，根据剧本的要求，仔细揣摩剧 第二章 三维水墨动画的设计与制作 9 中角色的性格特征爱好，为其设计出相符的造型，在角色动画中，角色的形象塑造占有极 其重要的位置。 动画场景设计泛指除剧中角色以外的一切对象的造型设计，是塑造角色和影片风格的 关键创作环境。角色动画中，完成了角色的设计后，还要根据剧本的内容把剧本中的环境 场景设计出来，环境场景的设定给角色提供了丰富的背景内容，使角色不孤立，根据剧中 不同的环境氛围，突出角色在各种环境下的不同思想感情。 2.1.3故事板、分镜图的绘制故事板、分镜图的绘制 动画故事板即动画片里的一个故事大纲，其中大致地表现了所制作的动画片要讲述的 故事内容。故事板里有详细的人物、场景关系和对白，主要用姿势、表情和文字来表达作 者的意思。 分镜图就是用图形画面呈现的脚本，如主角所处的场景、位置和表情等信息，都以分 镜图为标准。分镜图本完成时将呈现剧本中的所有主画面，每个画面包含描写背景与角色 的主要文字，以及具有动感的媒体元素，如声音、音效和特效等。 2.1.4剧中所需音乐、音效的收集剧中所需音乐、音效的收集 在动画影片中，除了动画人物的配音人员出色的演技外，其音效和主题音乐也是另外 一个吸引人们观赏的主要原因。动画音乐可分为主题音乐、背景音乐和伴奏音乐三大类。 音效则由人造音、环境音和生音组成。 在雨后中，我们选择了古筝独奏渔舟唱晚作为背景音乐。 2.2三维水墨动画的中期制作三维水墨动画的中期制作 2.2.1建模建模 要使设计的形象在三维环境中可视化并且能被动画和渲染出来，就需要将他们建成模 型。在三维动画制作中，建模是一项较为基础的重要工作，它的质量好坏直接影响动画的 三维水墨动画设计与实现 10 制作效率和影片的最终视觉效果。 随着计算机图形图像技术的发展，出现了各类建模方式，较成熟且流行广泛的要数多 边形模型（Polygon） 、曲面模型（NURBS）和细分模型（Subdivision Surfaces） 。 雨后 中主要使用多边形模型。多边形模型由三条以上的直线“边”相连而成的“面”组成。由 于多边形的结构和数学算法简单，因此是三维动画、游戏的图形领域中最常见的类型。通 常情况下，多边形包括顶点、面、边、法线和表面等许多要素。 建模方法可以分为两种：整体切入法和局部切入法。整体切入在建模工作中最为普遍， 即从简单几何体着手，遵循“整体”到“局部”再到“整体”的原则，依据形体结构，把 握大的造型比例，层层细分深入，最后调整形体，优化拓扑结构。在熟练掌握操作技巧， 具备一定造型基础和整体控制能力后，从局部切入是我们建模的又一个有效方法。即在整 体的关照下，从局部着手创建。 2.2.2材质与贴图材质与贴图 所谓材质，是指物体在渲染后能显示出不同的质感、色彩性质，并能综合的反映出物 体的颜色、反光度、透明度和自发光等，并影响物体的纹理、反射折射及凹凸等。 模型的创建和材质的设置对于三维设计，就像素描和色彩在美术中的地位一样重要。 模型决定了三维对象的基本形态，而材质的设置则决定了对象的质感表现。优秀的材质设 置不仅能够使对象具有更为逼真美观的外表，还能够弥补建模的不足，使三维作品更为完 美。在三维设计工作中，材质是非常重要的，使用材质可以使对象具有逼真的质感，或呈 现特殊的效果，甚至能够辅助营造场景的整体气氛。 材质与贴图将在第 3 章和第 4 章中具体阐述。 2.2.3骨骼与蒙皮骨骼与蒙皮 在现实世界中，绝大部分动物都不能没有骨骼，骨骼可以支撑身体，作为肌肉附着的 支架。在 3D 虚拟空间中，骨骼系统的作用和现实中很相近，每一块骨骼控制着一定范围 第二章 三维水墨动画的设计与制作 11 的模型。所以，三维动画师在调动画时仅操作角色的骨骼，角色的身体就会自然随骨骼的 运动而做出各种各样的动作了。 在骨骼蒙皮动画中，一个角色由作为皮肤的单一网格模型和按照一定层次组织起来的 骨骼组成。骨骼层次描述了角色的结构，就像关节动画中的不同部分一样，骨骼蒙皮动画 中的骨骼按照角色的特点组成一个层次结构。相邻的骨骼通过关节相连，并且可以作相对 的运动。通过改变相邻骨骼间的夹角，位移，组成角色的骨骼就可以做出不同的动作，实 现不同的动画效果。皮肤则作为一个网格蒙在骨骼之上，规定角色的外观。这里的皮肤不 是固定不变的刚性网格，而是可以在骨骼影响下变化的一个可变形网格。组成皮肤的每一 个顶点都会受到一个或者多个骨骼的影响。在顶点受到多个骨骼影响的情况下，不同的骨 骼按照与顶点的几何，物理关系确定对该顶点的影响权重，这一权重可以通过建模软件计 算，也可以手工设置。通过计算影响该顶点的不同骨骼对它影响的加权和就可以得到该顶 点在世界坐标系中的正确位置。骨骼蒙皮动画的效果比关节动画和单一网格动画更逼真， 更生动。而且，随着 3D 硬件性能的提高，越来越多的相关计算可以通过硬件来完成，骨 骼蒙皮动画已经成为各类实时动画应用中使用最广泛的动画技术。 2.2.4动画动画 动画是基于人的视觉原理创建运动图像，在一定时间内连续快速观看一系列相关联的 静止画面时，会感觉成连续动作，每个单幅画面被称为帧。动画的基本原理，决定了动画 片制作是一种劳动密集型产业，因为它需要大量的动画师一张张加工画稿。而计算机动画 则节省了大量的劳动力。现在只需要在计算机中设置关键的动画帧（原画），其余的中间 帧全部由计算机自动加入，这在计算机动画中称作差值计算。 3ds Max 给我们提供了两种最基本的动画记录方式：自动关键帧和设置关键帧。前者 是最简单的动画记录方式，只要打开自动关键点动画记录按钮，在不同时间值的位置改变 当前的参数值便可以记录成为动画。在 3ds Max 中几乎所有的可控参数都可以记录为动画。 设置关键点模式在进行姿态到姿态的动画时是非常有用的。3ds Max 中的任何物体或选择 集都可以用这种模式，此功能在角色动画中运用较多。即便是对一个简单的角色来说，物 三维水墨动画设计与实现 12 体的数目和需要被记录关键帧的轨迹也不是能用手工轻易处理的，我们需要的是一种列出 所有轨迹的方法，而这些轨迹是一个角色必须被记录到关键帧的部分，这就是“设置关键 帧”允许我们做的事。 2.2.5灯光灯光 灯光的设置是一个很重要的环节，对于模型而言，在光影效果下它可以使材质看起来 更逼真；对于场景而言，不同的灯光设置可以使场景更生动；对于摄影而言，它可以使整 个动画更精彩。3ds Max 有一个默认的灯光以有效的表现场景，但是除此之外，它还自带 了以下五种常用灯光： 1泛光灯：泛光灯是最常用的一种灯光类型，它是一种点光源，可以向四面八方均 匀照射，而且照射范围可以自由调整，效果与白炽灯类似。 2目标聚光灯：目标聚光灯由投射点和目标点两部分组成，和泛光灯不同的，目标 聚光灯具有方向性，只能朝某一个方向照射，它的照射区域是由投射点和目标点组成的圆 锥形，除此区域外的其它物体将不受灯管影响，效果有点类似射灯。 3自由聚光灯：和目标聚光灯一样，自由聚光灯也会产生一个圆锥形的照射区域， 且具有方向。不同的是，自由聚光灯只有投射点而没有目标点。它主要应用于动画的制作。 4目标平行光：这是一种平行光束，会产生一个圆柱状的平行照射区域。它具有方 向，并且和目标聚光灯一样有投射点和目标点。主要用于产生阴影。 5自由平行光：和目标平行光相似的圆柱形照射区域，和自由聚光灯相似的没有目 标点。主要用于模拟阳光的照射。 出于材质的水墨化以及整个场景最后水墨效果的考虑，目标聚光灯、自由聚光灯、目 标平行光和自由平行光这几种用途明确的灯光就不适用于场景的制作，所以我们选择更为 自由的泛光灯为场景添加光照效果。 第二章 三维水墨动画的设计与制作 13 2.3三维水墨动画的后期合成三维水墨动画的后期合成 2.3.1渲染渲染 渲染是通过三维软件制作动画的最后一道工序，类似电影创作流程中的胶片冲印。现 在主流三维软件都自带基本的渲染模块，当然也有许多诸如 RenderMan 等独立渲染软件。 渲染的基本过程如下：首先必须定位三维场景中的摄像机，渲染程序通过计算确定此 相机中物件的前后空间关系，即决定哪些物体在前面、哪些物体在后面以及哪些物体被遮 挡等。接下来就要计算光源对物体的影响，和真实世界的情况一样，没有光线我们就看不 见物体，因此渲染程序也要计算我们在场景中添加的每一个光源对物体的影响。现在主流 渲染技术的算法有：扫描线、光线跟踪、辐射度。在这之后。渲染程序还要根据物体的材 质并结合光源来计算物体表面的颜色，如果场景中有粒子系统，如火焰、烟雾等，渲染程 序都要加以考虑。 2.3.2特效与合成特效与合成 在 3ds Max 中将图片和动画渲染好了之后就可以进行视频合成了。在 3ds Max 渲染 出来之后，整个图片的大致风格已经确认，构图也已不能修改，但可以使用 Premiere Pro 对它们做进一步处理，使效果更加逼真，同时还可以为短片增加特效，制作片头片尾等。 Premiere Pro 中的特效是属于动态层级的，其中的所有特效都是可以随着时间的变化而变 化，因此利用 Premiere Pro 的特效功能，可以很方便地将素材制作成相当绚丽的动态效果。 2.3.3剪辑剪辑 在动画制作前期分镜头和 Layout 阶段导演基本确定了影片的镜头，所以，在后期剪 辑阶段，相对于传统电影而言，动画片可发挥的自由度比较小，相当于电影制作中的剪接， 但可以做一些小的精确的剪辑和声音的匹配工作。 三维水墨动画设计与实现 14 由于运用的均为数字素材，在制作中我们可以直接引用渲染前的预演文件进行剪辑， 保证本工作与特效工作同期进行（完成后替换预演文件） ，提高工作效率。在实践中，我 们通常用 Adobe 的 Premiere 进行剪辑。 第三章 三维水墨动画的材质与贴图 15 第第 3 章章三维水墨动画的材质与贴图三维水墨动画的材质与贴图 3.1实现方案实现方案 这个项目的重点与难点主要是水墨效果的实现，为此我设想了三个方案。 方案一，使用贴图来制作水墨效果。该方案的主要步骤是从建模软件里导出模型的 2D 平面图，然后利用 Photoshop 等图片编辑软件对平面图进行加工处理，制成水墨效果 贴图，最后再回到 3D 模型对其进行贴图。这个方法的优点是可以制作出相当逼真且具有 艺术美感的水墨效果，但同时对制作者的美术功底要求也比较高，需要具备一定专业素质 的人员才能完成。 方案二，从材质上调出水墨效果。这个方案相对比较简单，主要是利用 3D 建模软件 里的材质编辑器进行材质编辑，通过不同材质的融合与参数设置，使得模型渲染后能够得 出水墨化的视觉效果。该方法不要求制作人员有很深的美术功底，但是要十分熟悉建模软 件，尤其是材质编辑这部分功能。另外，因为可以针对不同模型采用不同的材质方案，所 以尽管整体质量比不上方案一，但还是可以保证一定的艺术效果。然而正因为是直接在模 型上进行修改，所以在不同灯光、角度下，不同模型呈现出的效果可能有所差异，因此在 物体的运动过程中需要对材质进行大量的重复劳动，才能达到最佳效果。 方案三，使用影视特效实现水墨效果。简单说来就是在动画片完成后再进行水墨化处 理。这个方案是三个方案里最简单，效率最高，以及对制作人员专业能力要求最低的，但 它同时也是艺术表现力最差的。用于后期的修饰可行，但是如果用于整篇动画的制作，对 于追求精致的水墨效果乃至艺术效果的制作是行不通的。 鉴于以上三种方案的不同特点及实现要求，在具体制作时我们会根据不同模型的特点 采用不同的方案来实现水墨化。 三维水墨动画设计与实现 16 3.2工具介绍工具介绍 目前常用的 3D 建模工具及后期合成工具多达数十种，工具的选择对于质量的追求与 成本的控制至关重要，以“易于掌握，效果显著”为准则，我对工具的选择是： 3.2.13ds Max 8 3D Studio Max，常简称为 3ds Max 或 MAX，是 Autodesk 公司开发的基于 PC 系统 的三维动画渲染和制作软件。其前身是基于 DOS 操作系统的 3D Studio 系列软件，最新 版本是 2010。拥有强大功能的 3DS MAX 被广泛地应用于电视及娱乐业中，比如片头动画 和视频游戏的制作，深深扎根于玩家心中的劳拉角色形象就是 3DS MAX 的杰作。其有三 大特点：功能强大，扩展性好；操作简单，容易上手；和其它相关软件配合流畅。3ds Max 界面如图 3-1 所示。 图图 3-1：3ds Max 界面界面 3.2.2Photoshop CS Photoshop 是 Adobe 公司旗下最为出名的图像处理软件之一。目前最新的版本是 第三章 三维水墨动画的材质与贴图 17 Adobe Photoshop CS4。它的功能主要分为可分为图像编辑、图像合成、校色调色及特效 制作部分。图像编辑是图像处理的基础，可以对图像做各种变换如放大、缩小、旋转、倾 斜、镜象、透视等。也可进行复制、去除斑点、修补、修饰图像的残损等。图像合成则是 将几幅图像通过图层操作、工具应用合成完整的、传达明确意义的图像。Photoshop 提供 的绘图工具让外来图像与创意很好地融合。校色调色是 Photoshop 中深具威力的功能之一， 可方便快捷地对图像的颜色进行明暗、色编的调整和校正，也可在不同颜色进行切换以满 足图像在不同领域如网页设计、印刷、多媒体等方面应用。特效制作在 Photoshop 中主要 由滤镜、通道及工具综合应用完成。包括图像的特效创意和特效字的制作，如油画、浮雕、 石膏画、素描等常用的传统美术技巧都可藉由 Photoshop 特效完成。 图图 3-2：Photoshop CS 界面界面 3.33ds Max 材质与贴图材质与贴图 3.3.1材质编辑器材质编辑器 单击主工具栏的材质编辑器图标，弹出材质编辑器如图 3-3 所示。材质编辑器分为两 部分，上半部为六个样本视窗，内有六个样本球、垂直和水平工具列、名称栏、当前材质 三维水墨动画设计与实现 18 的各种控制钮。材质和贴图是可以有多个层次的，但不管处于什么层次，上半部一般保持 不变。材质编辑器的下半部为各种卷展栏，包括基本参数（Basic Parameters） 、扩展参数 （Extended Parameters） 、贴图（Maps） ，默认情况下基本参数卷展栏为打开状态，材质 编辑器下半部的内容随材质层次的不同而改变。 图图 3-3：材质编辑器面板：材质编辑器面板 3.3.2材质类型材质类型 3ds Max 中共有 16 种不同的材质类型，不同的材质类型决定了材质整体属性的一个 选择方向。如果选择错误的话，即使努力地调节贴图属性和效果，但由于最初的方向是错 误的，很可能得到的是南辕北辙的效果。 雨后中，我主要运用个以下几种材质： 混合材质（Blend）：将两种不同的材质按照一定的百分比进行混合。 第三章 三维水墨动画的材质与贴图 19 合成材质（Composite）：先确定一种材质作为基本材质，然后再选择其他材质与基 本材质进行组合，最多可复合十种材质。 双面材质（Double Sided）：在物体表面的两面使用不同的材质，同时还可以控制它 们的透明度。 不可见阴影材质（Matte/Shadow）：被指定该材质的物体在渲染时不显示出来，但它 可以遮挡住其他物体。 多层子物体材质（Multi/Sub-Object）：可以将多种材质赋予同一物体的不同子物体， 从而表现出多种材质位于同一物体上的效果。 光线跟踪材质（Raytrace）：不但具有标准材质的所有材质特性，还可以制作出特殊 效果，尤其在体现制作反射和折射效果方面。 叠加材质（Shellac）：将两种不同材质通过一定比例进行叠加而生成另一种复合材质。 顶/底材质（Top/Botton）：可以为物体的顶部和底部赋予不同材质，至于哪部分是顶， 哪部分是底，取决于物体相对于世界坐标系或者其自身坐标系的 Z 轴方向。 标准材质（Standard）：3ds max 材质编辑器示例窗中默认的材质类型，它提供了比 较直观的设定模型表面的方法。在现实世界中，物体的表面决定了它的反射效果，在 3ds max 中，标准材质模拟对象表面反射的性质。如果不使用贴图，它将给对象一个单一、均 匀的颜色。 3.3.3贴图通道贴图通道 在材质编辑器中要控制一个材质的表面属性，会有很多的表面参数可以设置。大多数 是用数值来表示一种属性的强弱，这些属性同样也可以用一张位图或是程序纹理来进行控 制。可以用位图和程序纹理进行控制的属性，称为贴图通道。也就是说 3ds Max 的贴图通 道是使用贴图的方法来控制物体的材质。3ds Max 有十几个贴图通道，在雨后中，我 主要运用了以下几个通道： 环境色通道（Ambient）：用来模拟物体受到环境影响产生效果的通道，效果好像在 固有色上叠加了一层。 三维水墨动画设计与实现 20 漫反射通道（Diffuse）：决定物体本身的颜色。 不透明度（Opacity）：材质的透明度可以用位图或是程序纹理进行控制。 凹凸通道（Bump）：在这个材质属性通道上加载位图或是程序纹理，可以用来模拟 比较微弱的起伏效果。 反射通道（Reflection）：这种贴图方式主要用来表现具有镜像效果的物体。 折射通道（Refraction）：可在物体表面折射周围的其他物体或者环境。 置换通道（Displacement）：按照图片的黑白灰色调的深浅值置换成挤压力度值，从 而使物体产生性质替换的一种贴图方式。 3.3.4贴图类型贴图类型 上面介绍了贴图通道，可以在这些贴图通道中使用的贴图类型多达 33 种，将不同的 贴图类型运用到不同的贴图通道上会产生不同的效果。在 3ds Max 中有二维贴图和三维贴 图之分。 二维贴图包括： 1位图（Bitmap）：是最常用的一种贴图类型，可支持多种格式的文件。 2棋盘格（Checker）：产生两色方格交错的图案。 3渐变（Gradient）：可选任意三种颜色进行渐变，有直线渐变和放射渐变两种效果。 三维贴图非常丰富，主要包括： 1细胞（Cellular）：能形成细胞状效果，用于凹凸（Bump）贴图。 2凹痕（Dent）：形成风化腐蚀效果。 3干扰（Noise）：将两种颜色进行随机混合，形成无序棉花效果。 4油彩（Splat）：类似油彩飞溅般的独特贴图类型。 5大理石（Marble）：用于大理石制作。 6木纹（Wood）：用于木纹制作。 7水（Water）：结合凹凸（Bump）贴图可产生真实的水纹特效。 第三章 三维水墨动画的材质与贴图 21 8衰减（Falloff）：产生由明至暗的衰减。 9镜面反射（Flat Mirror）：产生平面反射效果。 10罩框（Mask）：以图像作为罩框给对象盖上一层薄膜，黑白度决定透明度。 11混合（Mix）：有合成图像和罩框的双重作用。 12输出（Output）：对某些无输出设置的贴图是个弥补。 13行星（Planet）：产生类似行星表面的图案效果。 14光线跟踪（Raytrace）：与反射贴图或折射贴图结合使用，非常真实地产生反射 折射效果，但渲染时间大大增长。 15反射/折射（Reflect/Refract）：效果不如光线跟踪，但时间短、效果不错。 16烟雾（Smoke）：产生无序烟雾特效。 17斑纹（Speckle）：两色杂斑纹理效果的贴图。 18泥灰（Stucco）：泥