吴佩卡通角色皮肤材质在三维动画中的应用

1、青岛农业大学毕 业 论 文（设计） 题 目：卡通角色皮肤材质在三维动画中的应用姓 名： 学 院： 动漫与传媒学院 专 业： 动画 班 级： 2010级02班 学 号： 20106120 指导教师： 詹菁 2014年06月10日卡通角色皮肤材质在三维动画中的应用 C9回家动画电影材质技术的阐述【摘要】在三维动画电影中，主角在整部电影中担当的是“首发整容”，人物的皮肤质感更是重中之重。当前期设定完成后，我们材质灯光组从模型组拿到模型进行人物的材质制作。我们材质灯光环节需要为在电影中出现的角色形象而“买单”，为人物效果而“负责”。根据前期剧本的创作要求和二维前期设定的风格要求，制作成三维卡通效果，材

2、质制作的效果直接影响影片画面感觉。观众们的需要的是画面对他们的第一感觉和剧本的合理性。三维卡通材质的创作，需根据前期设定的要求及角色的特点来完成最根本和最重要的组成部分。为了达到动画电影品牌的塑造，在创作过程中，要严格遵循画面风格和画面效果来制作三维卡通角色的材质。同时，在规律中寻找创新和突破点，提高制作效率。在三维卡通动画电影中，卡通皮肤材质是离不开荧幕的，始终是贯穿整部影片。卡通皮肤材质对画面的效果完全可以影响一部影片的质量，是一部三维动画电影的核心部分。【关键词】 三维动画 画面效果 卡通角色皮肤材质 制作效率一、前言 一部好的三维动画电影中，不管是二维动画还是三维动画，都在追求画面上的

3、完美。1设计师在这个虚拟三维世界中创建角色，使得角色能够像真人一样活动，并赋予丰富的表情，创建灯光系统，使得画面如同真实效果，并传达给观众们思想和感情。 C9回家讲述的是美丽的海滨城市，单亲家庭男孩杜球，无意中救下因所乘飞船机械故障而流落在地球上外星男孩C9。在他们帮助下，粉碎了黑心老板的惊天阴谋，保护了人类和地球的和平。最终，C9实现了回家的愿望。2本人有幸参与C9回家动画电影的学习和制作，对制作过程中所产生的问题和解决方案进行分析建议和改善。三维皮肤材质我们俗称3S材质，本文即从三维动画制作皮肤的材质贴图流程入手，深入探讨三维卡通皮肤材质在3D动画流程中的应用。2、 正文(一) 卡通皮肤材

4、质对画面视觉效果的影响和重要性 在三维动画电影中，卡通皮肤材质是离不开荧幕的，始终是贯穿整部影片。卡通皮肤材质对画面的效果完全可以影响一部影片的质量，是一部三维动画电影举重轻重的部分。通常会把人体这种材质叫做次表面散射简称3S材质，是光射入非金属材质后在内部发生散射，最后射出物体并进入视野中产生的现象，是指光从表面进入物体经过内部散射，然后又通过物体表面的其他顶点出射的传递过程。3在郑和1405：魔海寻踪这部动画电影中，主人公郑和从画面效果来说，人物模型具有特色，而且颜色搭配很好。但是，皮肤质感略稍微些欠佳（图1-1）。单单以模型作主，贴图和材质为辅，使得人物稍有些僵硬，缺少质感，以前的方法来

5、制作卡通人物皮肤效果单一，没有 图片1-1 立体感，原因是使用基本材质球blinn球，单单依靠基本颜色贴图和高光颜色贴图只依赖基本材质球的属性难以表现出真实人物皮肤的材质和质感，而且缺乏可控制性，分层时不能分出人物质感的层。这样使得人物在电影中缺乏生动性。然而在动画电影昆塔中，如（图1-2），卡通角色的人物设定和材质的制作可谓是深刻及生动，充分利用前期设定的优势，打造出可爱的萌系角色。这部三维动画影片中，把人物设计成以达到萌和可爱的形象为主。在材质贴图这一环节，可以观察出来，人物皮肤质感非常明显，经过多次观察，可以发现皮肤的处理，略微有些过度，他们将散射值调节的过高，导致角色看起来会像蜡，玩偶

6、或是橡皮。在3s材质的应用方面，需要谨慎使用它的属性，尽可能完善到自己想要的效果。 图片1-2 在C9回家动画电影样片制作效果中可以发现，人物在影片中的效果更加的逼真，既不缺乏人物质感也不会过度，从而达到所谓的“肉感”。（图1-3）在画面效果上是更胜一筹，趋向于真实的人物皮肤质感，特别是次表面散射效果的表现，完美表现人物皮肤材质和质感，也是三维动画电影中不可或缺的效果之一。C9回家中创作卡通人物皮肤使用的是misss_fast_shader_x_passes材质球。misss_fast_sha 图片1-3der_x_passes是Maya中自带的Mental Ray材质球，主要以模拟真实人体质

7、感，能够很好的在贴图上可以对基本材质球属性进行添加修改，贴图对材质球的控制性强，而且可以根据后期组的要求对人物皮肤进行分层渲染，能使画面效果更上一层楼。（二）卡通皮肤材质贴图的制作难度及应用 以前我们所制作人物的贴图中只涉及到人物的表面颜色贴图和高光贴图，需要根据人物的性格，年龄和特点来绘制，对贴图的质量和精细度要求都很高。而现在，我们经过改善使用的贴图又新添加了两项，分别是Front SSS Color(浅层贴图)和背光贴图（Back sss color）。 绘制皮肤基础颜色贴图，制作之前需要对角皮肤进行烘焙AO（Ambient Occlusion）贴图来辅助贴图的绘制。在调整了明暗关系后要

8、对亮部和暗部做一些色彩倾向。例如，鼻子，耳朵，腮红和嘴巴。然后大致的可以去绘制一些大概的纹理，需要的是去感受画的纹理好不好看，这个步骤，叠加一层淡淡的杂质，像皮肤表面的纹理，并不是效果需要这个东西，而是叠加了之后，就会有很多不同对比度的黑白灰，绘制起来就方便很多。然后可以举行深切描绘，按照本身的想法去画。深入刻画时，需要注意色彩的变化，虚实的结合，这个很重要，画的时候要分清楚虚实和主次关系。在刻画的同时，兼顾其对比度和色彩的变化。得到皮肤的基本颜色后，其次是制作表皮颜色（Front sss color）基于皮肤浅层，制作是降低其饱和度，增加其对比度，类似于一张没有血色的皮肤贴图，俗称表皮颜色贴

9、图。制作真皮颜色（Back sss color）时，基于的原理是真实人的皮肤材质是有“透光性”，就像在夜晚用手电筒去照射自己的手背，会感觉光会透过来，现实生活中耳朵，鼻子和手掌是人身体较薄的一部分，所以光会“透”过来的多一些。所以在绘制真皮贴图中，鼻子和耳朵以及手掌，会比其他地方红很多，刻画的时候需要画的红一些。在三维动画制作过程中，我们都了解，每个环节都和上下两个环节息息相关，密不可分。所以对上下两个环节的影响也是致命，因为上下的环节是不可逆转的。比如，在动画组发现了模型的问题，那么这个问题就涉及到了模型组，材质灯光组，和动画组。模型组，需要去修改模型，材质灯光组需要重新展UV和绘制贴图。会

10、严重影响整个环节的操作和耗费时间和精力。所以在绘制贴图前就要做好充分的准备工作，为了避免绘制贴图前准备工作不足，没有足够的资料参考。需要参考一些影片或者参考模型环节的参考图。由于设定上的不足产生的问题在很多环节都比较显著，所以在展开制作之前一定要做好沟通和提高个人意识。将个人创作思维和整体思想相结合，提高自己的艺术层面，以效果为最终目的。在绘制贴图时，如果PSD文件不规范，贴图命名不规范。导致修改贴图或交接工作时出现麻烦。在最后渲染环节进行时，我们通常会出现，丢失贴图，贴图位置指定不当等一系列问题，需要大量时间去纠正，在这里我们统一使用相同的命名，提高个人意识，提高个人意识和团队意识，遇到问题

11、要及时通知和传达，能达到最优化，提高个人素质这也是电影制作周期时间的控制主要因素之一。 图片2-1在使用3S材质渲染分层时，进行分层方式较为复杂多变，需要将身体的四种颜色元素单独提取出来，再将人物的3S材质分层四项，基本颜色层、高光颜色层、浅层颜色层和背光颜色层。这四项，分别添加写入节点进行提取。（三）卡通皮肤材质对渲染速度的影响在实际工作流程的渲染操作中，由于网络服务器的不稳定，和每台电脑的性能不同，我们还未能实现网络渲染。所以，我们还是一直沿用分机器渲染，分机器渲染操作较慢，而且渲染速度不稳定，不易控制。当我们使用blinn材质球进行渲染时，blinn基本材质球是渲染速度较快的材质之一，所

12、以在经过多次测试后，观察到使用misss_fast_shader_x_passes材质球参与渲染后，是基本材质渲染速度的一倍时间或是好几倍时间。misss_fast_shader_x_passes材质球会根据距离摄像机位置的远近来决定渲染时间，皮肤材质离渲染摄像机越近，渲染时间越长，相反，皮肤材质的物体离渲染摄像机越远，渲染时间越短。（四）卡通三维皮肤材质的合理搭配和应用一部好的动画电影和效率有着不可分割的联系。4我们需要把效果制作好，也需要提升速率。在制作C9回家动画片样片过程中，根据总结制作时出现的问题，我们进行了较大的改进。在样片制作时动画组的反馈，显示贴图时调节动作的时候很卡，经过测试

13、，原因是贴图文件太大，一张贴图的尺寸是4096*4096，一个人物平均有十张贴图，在多人物的场景下，一般电脑可能运行起Maya来会比较慢和卡。经过多次测试改良之后决定将人物所有的贴图分为（以杜球为例），将贴图分为三种，如图1-4所示。DQ_Animation_Map,DQ_Middle_Map和DQ_Map。前缀名为该角色的拼音缩写。DQ_Map是杜球的高分辨率原始贴图，尺寸大小为（4096*4096），在用于一般情况下的景别，主要要求的是画面质量和人物的精度。DQ_Middle_Map是杜球的中级分辨率贴图，尺寸大小为（2048*2048，配角为1024*1024），适用于景别为中景和远景时

14、的人物贴图，中景或者远景的景别时，人物出现在远景的时候对贴图的要求不是很高，如果使用大尺寸的贴图会造成资源浪费，增加渲染的时间而且操作的时候很卡。届时，应该用插件指定一下贴图的文件夹路径。DQ_Animation_Map是整个工作流程不参与渲染的文件贴图，只试用于动画组，动画组在调节动作时对贴图的要求不是很高，只要有显示贴图就行，但是对贴图文件大小有着很高的要求，必须要求占用内存小，不能卡屏。这里用的贴图大小为512*512尺寸，贴图文件平均大小为800KB，这里也省去所有的高光贴图和皮肤的浅层贴图和背光贴图。根据效率问题，时间和画面上的控制。我们也会把需要渲染的场景中含人物的景别分别分为近景

15、，中景和远景这三种。根据观察渲染镜头，我们判定是使用基本材质球还是使用3S材质球。近景时，需要达到影片的效果，以画面效果为主。我们会将会使用3S材质球misss_fast_shader_x_passes。例如，杜球和杜博士在杜秋客厅内交谈，近景。为了画面效果达到最佳化，这时候我们会使用3S材质球。近景时是基本材质球所替代不了的。中景时，人物距离渲染摄像机为中景，但是也需要人物效果为主，我们会使用3S材质球，把贴图全部换成2048*2048尺寸。经过测试，画面效果一致，时间减少三分之一。远景时，使用blinn材质球和贴图尺寸为512*512的文件进行渲染，与原始画面效果对比一样，然而时间上节省了

16、一半多的时间。比如，六个小孩在草地上嬉戏，远景。我们使用基本材质球来替代，一是省去大量的渲染时间，二是，画面效果在远景时两者材质在画面表达出来的效果差不多。就像是开车挂档一样，不可能每种路况都挂同一个档位，会增加油耗，也会影响行车速度。制作影片的效率也一样，合理搭配，充分利用资源，避免资源浪费，以达到事半功倍的效果，减少动画片制作成本，达到最优化。三、结论经过对三维动画角色皮肤的制作与分析，皮肤材质是电影中不可或缺的一种重要元素，是决定画面效果和影片质量的关键。我们需要了解到一部三维动画电影制作的流程规范，在制作三维动画角色皮肤材质过程中了解到，不仅要有良好的软件操作水平和色彩感觉，更重要的是有良好的个人意识以及团队意识。在使用3S材质球时的渲染速度是普通材质球的一倍时间或更多，但是质量和效果远远高于普通材质球。经过对资源的管理，和