三维动画技术指导书

《动画技术》实 验 指 导 书冯开平 编写适用专业：数字媒体广东工业大学机电工程学院2023 年5 月前 言《动画技术》是数字媒体专业的一门重要的专业技术课。本课程旨在讲授计算机三维动画技术的根本原理，并以3dsmax7软件为开发工具，讲授三维动画设计与制作的方法与技巧，为数字媒体专业的学生将来从事虚拟现实、影视制作、玩耍开发、广告与多媒体开发等工作领域打下根底。为了使学生更好地理解和深刻地把握这些学问，在理解三维动画的根本概念、原理与方法的根底上，通过设置七个试验共28个学时的课程试验，使学生娴熟把握利用3dsmax7进展三维动画设计的有关场景的创立与动画的实现以及动画的合成方法等。具体试验工程如下：试验1．三维动画制作的根本过程4学时，1试验2：二维图形的创立〔2学时〕试验3：三维模型的创立〔2学时〕4：灯光与材质〔2〕试验5：动画设计〔4学时〕试验6：动画渲染与影片后期制作〔2〕7：综合设计〔8〕作品汇报、点评：4其中，试验7为设计性试验。本课程是一门兼技术性和艺术性的课程，所以在教学试验中要留意培育学生实际操作力气和艺术审美力气。目 录TOC\o“1-1“\h\z\u\l“_TOC_250007“试验一 三维动画制作的根本过程 …………… 4\l“_TOC_250006“试验二 二维图形的创立 ……………… 10\l“_TOC_250005“试验三 三维模型的创立 ………… 13\l“_TOC_250004“试验四 灯光与材质 ………… 18\l“_TOC_250003“试验五 动画设计 ………… 27\l“_TOC_250002“试验六 动画渲染与影片后期制作 ……………… 33\l“_TOC_250001“试验七 综合设计 ………… 38\l“_TOC_250000“主要参考文献 ……… 402试验一：三维动画制作的根本过程试验学时：2〔验证〔必修一、试验目的通过本试验的学习，使学生初步了解3DSMAX创立三维动画的根本操作过程，为后续的动画设计与制作打下根底。二、试验内容利用3DSMAX建模面板创立简洁的三维根本体给模型赐予材质并建立灯光和背景设置动画动画长度、关键帧和动作渲染动画场景并保存图1-1 模型尺寸及渲染效果动画描述：如图1-1所示，如当球偏向右边时，槽失去平衡倾斜，槽中的球向下滑动，当250帧。20100200帧球停。三、试验原理、方法和手段依据给出的试验要求，利用3DSMAX7的三维建模、编辑和动画功能，创立一个较短的动画。四、试验组织运行要求本试验要求学生在试验制定的框架下以自主训练为主的开放模式组织教学。五、试验条件试验用计算机硬件要求：CPU：PentuimⅣ3.0MHz以上的机型；3内存：256MB以上；15英寸或以上规格；硬盘：20GB以上；输入设备：键盘和鼠标。3dsMax7.0或以上版本的软件；安装Photoshop7.0或以上版本的软件；4．安装AUTOCAD2023以上版本的软件。六、试验步骤三维场景的建模3DSMAX1-2所示的三维实体及相对位置。图1-2场景的模型尺寸 图1-3调整场景中的2D图形位置球体的创立：在创立面板中，用sphere命令创立30的两个球ball1,ball。创立带有柱面槽的长方体(sult1)：利用shape命令在front(前视图)视窗创立一个长宽分60，20的长方形，然后用circle命令〔此时去掉startnewshape选项〕创立一个φ30的圆，利用如图1-3modify/editspline/Boolean/subtruction命令编辑生成图形，如如图1-4所示。最终利用modify/extrude命令1401-5所示。4图1-4编辑二维图形 图1-5拉伸长成的solt1实体创立支撑块〔pivotblock〕:left(左视图)窗口用shape/line20，高20的601-6所示。图1-6拉伸长成的支撑块 图1-7生成的台桌圆台的创立〔table〕cylinderφ210，高70的圆柱体，设置heightsegments20，用convertto/converttoeditablemesh命令〔用鼠标右键点击圆柱体〔vertex〕并结合scale1-7所示的台桌。底版的创立(box1)：用box600，500，5的地板.1-21-2的对话框调整各实体的相互位置，最终的场景实体如1-8所示。图1-8最终的场景实体图 图1-9颜色对话框设置材质与灯光：利用图1-9的对话框给各个实体赐予简洁的颜色。利用light/omni命令在场景中设置两盏泛光灯，并作适当调整。用cameras/target〔cameras0，将透视图中的cameras01翻开,1-10所示。51-10渲染的场景图动画的创立设定动画的总长：在右下角的时间把握栏翻开TimeConfiguration对话框，如图1-11，length250。ball1的坐标在sult1ball1ReferenceCoordinateSystem对话框〔如图1-12所示，点击Pick菜单，选取Sult1实体。确定父子层次关系：当槽快〔sult1〕转动时，球也要依附在槽上跟着转动。因此要设定槽sult〕为父，球ball〕为子。用鼠标点击SelectandLink命令〔如图1-13所示，选定ball1并拖动到槽上。图1-11 设定动画的总长 图1-12 ball1坐标系的设定 图1-13SelectandLink命令设定槽块的旋转中心：在front视窗中选择槽块，利用hierarchy/affectpivotonly/命令移动旋转中心到三棱柱的顶点位置，如图1-14所示。创立槽块旋转动画：在动画工具栏翻开Autokey80帧处，锁定Y轴，用selectandrotate命令旋转槽块到刚好抵触到台桌面上。ball190Z轴，移动球体到块的边缘〔此时可以不考虑球的滚动100帧处，移动球到与ball21-15所示。6图1-14 设定槽块的旋转中心1-15创立ball1动画球2(ball2的落地动画：在front视窗创立一个二维曲线〔作为ball2的动画路径，利用modify/EditSpline/vertexs对样条曲线进展编辑，结果如图1-16所示。翻开motion面板，选取ballAssignController/position/,在对话框中选取Pathconstraint/O如图1-17所示,在开放pathparameter栏中点击addpath按钮，选取场景中的二维曲线。图 1-16 创建一个二维曲线图1-17 AssignController对话调整场景中的各个物体的始终动画：将ball1sult120帧；将ball27100200帧。rendering/renderTimeout模块勾选ActiveTimerenderoutputfiles〔avi件，按render渲染并存储动画。七、试验报告完成指定的试验任务，试验完毕后，每位同学提交完成动画作品，动画文件格式AVI。8试验二： 二维图形的创立试验学时：2〔验证〔必修一、试验目的通过本试验的学习，使学生把握利用3DSMAX创立二维动画的根本方法，为后续创立简洁的三维场景打下根底。二、试验内容〔1)3DS〔2)利用AutoCAD3DSMAX三、试验原理、方法和手段3DSMAX7的二维造型命令和编辑功能创立平面图形。四、试验组织运行要求本试验要求学生在试验制定的框架下以自主训练为主的开放模式组织教学。五、试验条件试验用计算机硬件要求：CPU：PentuimⅣ3.0MHz以上的机型；内存：256MB以上；15英寸或以上规格；硬盘：20GB以上；输入设备：键盘和鼠标。3dsMax7.0或以上版本的软件；安装Photoshop7.0或以上版本的软件；4．安装AUTOCAD2023以上版本的软件。六、试验步骤二维绘图的绘制二维图形的创立：利用Shape面板翻开二维图形绘制命令，如图2-1所示。分别绘制线段，圆弧，矩形，多边形等根本图形。二维图形有样条线和NURBSCurve曲线两种。92-1二维图形绘制面板二维图形的编辑：对创立的图形转化成Splinenurbs2-2所示。利用Modify/EditSpline/vertex,segment,spline对图形进展编辑。图2-2将二维图形转化为可编辑的曲线 图2-3 布尔运算命令2-3所示的命令对二维图形进展布尔运算。2-4文字的创立文字的创立：利用shape/textparameterstext区域输入文字，然后在绘图视窗中创立二维文字，如图2-4所示。10导入AutoCAD的图形AutoCAD中创立二维图形，然后利用命令Files/Import/命令导入图形，并转化为可编辑的曲线进展编辑。七、试验报告完成指定的试验任务，试验完毕后，每位同学保存文件。11试验三： 三维模型的创立试验学时：2〔验证〔必修一、试验目的通过本试验的学习，使学生把握利用把握利用软件开发工具进展三维模型的创立的根本方法。二、试验内容〔1)利用3DSMAX〔2)在3DSMAX〔3〕导入其他三维软件工具创立的三维模型。三、试验原理、方法和手段3DSMAX7的造型命令和编辑功能创立三维模型。四、试验组织运行要求本试验要求学生在试验制定的框架下以自主训练为主的开放模式组织教学。五、试验条件试验用计算机硬件要求：CPU：PentuimⅣ3.0MHz以上的机型；内存：256MB以上；15英寸或以上规格；硬盘：20GB以上；输入设备：键盘和鼠标。3dsMax7.0或以上版本的软件；安装Photoshop7.0或以上版本的软件；安装AUTOCAD2023以上版本的软件。六、试验步骤3DSMAX3-1Geometry/stander/primitives方体、圆柱体、圆锥体modify3-2Geometry/ExtendPrimitives体。12图3-1创立根本三维模型 图3-2创立扩展三维模型 图3-2创立简洁的三维模型创立简洁的三维模型：用Geometry/CompoundObject/boolean或Geometry/CompoundObject/loft图3-4 用boolean命令造型 图3-5用loft命令造型用Boolean步骤1：如图3-6所示，利用box命令创立三个盒子box1,rib1,ribboolean/unionbox1,rib1rib2。步骤2：创立一个拱门状的形体，复制一个，并调整位置，如图3-7所示。利用boolean/subtraction3-813图3-6用box命令创立三个盒子 图3-7创立一个拱门状的形体3-8完成后的拱门用Loft步骤1：用shape/Hilex创立图形以作拉伸路径用，并作适当修改。同时创立二维图形，如图3-93-9创立二维命令创立图形142：loftpathParameters开放栏点取percenta选项〔如图3-1，在creationgetshapetop1的图pathParameters中的path值为10creationmethodgetshapetop1的图3-12步骤2pathParameters中的path值图percenta的90%和93%处分别选取top233-13pathParameterspath100%处选取top43-14图3-12在path值为10%处设置截面 图3-13在path值为90%和93%处设置截面图3-14 利用loft创立的最终造型153DSMAX在front视区创立二维图形和文字，然后利用modify/extrude3-153-15用extrude3．导入其他三维软件工具创立的三维模型用命令Files/Import/命令导入其他三维软件创立的三维模型七、试验报告完成指定的试验任务，试验完毕后，每位同学保存文件。试验四： 灯光与材质16试验学时：2〔验证〔必修一、试验目的3DSMAX学习并把握创立三维真实感的原理和方法。二、试验内容根本材质的使用与创立。灯光的使用与设置。真实场景的建立三、试验原理、方法和手段利用3DSMAX7的三维造型命令、编辑功能、材质功能和环境功能，以及外部程序创立真实感场景。四、试验组织运行要求本试验要求学生在试验制定的框架下以自主训练为主的开放模式组织教学。五、试验条件试验用计算机硬件要求：CPU：PentuimⅣ3.0MHz以上的机型；内存：256MB以上；15英寸或以上规格；硬盘：20GB以上；输入设备：键盘和鼠标。3dsMax7.0或以上版本的软件；安装Photoshop7.0或以上版本的软件；安装AUTOCAD2023以上版本的软件。六、试验步骤根本材质的使用翻开对话框〔如图4-，点击Standard按钮，在materialmap/browserMli选项〔如图4-2，取其中的一个材质，点击AssignMaterialtoSelection场景中的对象。shaderbasicparameterWire,2-side,facefaceted几种不同的底纹类型进展明显，如图4-317图4-1materialeditor对话框 图4-2materialmap/browser对话框4-3几种不同的底纹类型根本材质的创立翻开材质对话框，激发一个样本框，翻开maps展栏〔如图4-，点击diffusematerialmap/browser给材质命名〔如new-kfp，点击puttoLibrary将材质置于材料库中。按下 〔showMapinViewport〕图标，将材质赐予场景中的对象，如图4-5所示。18图4-4maps展栏 图4-5材质赐予场景中的对象3创立复合材质创立Composite材质：1〔fkp-Compositstande/MapBrowserbrowsefrom区域，点选new，双击Composite4-7所示。2：在Compositebasicparameters对话框〔如4-8〕中分别输入三个材质如图4-9所示，并设置其透亮度为100，50，30。图4-7选取Composite材质类型4-10为最好生成的Composite材质。194-8三个材质图4-8 Compositebasicparameters对话框 图4-10生成的Composite材质创立Multi/Sub-Object材质1：用上述方法翻开material/MapBrowser，〔如图4-11〕，弹出Multi/Sub-Object basicparameters对话框。24-12所示，分别在三个ID1-3中4-13所示。4-11选取Multi/Sub-Object材质类型图4-13 三个贴图材质图4-12 输入三个贴图材质将材质赐予对象1：在场景中创立一个R50的球体，将所创立的Multi/Sub-Object材质赐予球体。步modifylist/EditMesh/FacesurfaceProperties20展栏的material处的将setID设置为〔如图4-1setID2；选取球体下局部的网格，将setID34-15所示。图4-14设置材质ID号 图4-15使用Multi/Sub-Object材质渲染的结果4．创立鱼网1：翻开文件〔已供给〕fish-net.max4-16MaterialEditor并选择第一个样本槽，给材质命名net。图4-16鱼网3D模型 图4-17鱼网纹理文件2：单击blinnBasicparameters展栏中的Opacity值右边的贴图快捷方式并双击bitmap贴图类型。在文件对话框中选取鱼网纹理〔已供给〕文件Netting.tif如图4-17，并将材质赐予鱼3D4-18所示。明显不是我们所要求的鱼网。3：翻开output展栏，启用invert4-19，使网格纹理透亮，再在coordinates展栏中调整贴图纹理密度U,V/tilin〕为〔如图4-2，最终结果如4-21所示。21图4-18 初步渲染效果 图4-19启用invert选项图4-20 调整贴图纹理密度 图4-21最终创立的鱼网效果制作骰子步骤：翻开文件pair-ofdice.max文件〔已供给，如图4-22所示。步骤2：在材质编辑器创立有六个纹理贴图的Multi/Sub-Object材质，纹理文件〔已供给〕分别为diceface1.tif，diceface2.tif，diceface3.tif，diceface4.tif，diceface5.tif，diceface6.tif4-23所示。3：将创立材质赐予场景中的骰子，并安排ID4-24所示。22图4-23创立Multi/Sub-Object材质 图4-24生成的骰子场景灯光与使用与创立使用light〔Environmen(Targetspot和Freespot；直射灯TargetDirect和FreeDirec；天灯Skyligh；区域泛光灯AreaOnm〕和区域聚光灯Areaspo〕。观看其效果。模拟室内电灯照明步骤：翻开文件lam.ma〔已供给，如图4-25所示。图4-25创立Omni灯光前 图4-26创立Omni灯光后步骤2：选择Create/ligjts/StandardLight/Omni命令在视窗中创立一个泛光灯。3：使用SelectandMove按钮将灯光放置到电灯的灯泡里面。图4-26为渲染的效果。创立汽车前灯〔VolumeLight〕23步骤：翻开Car-leaderlight.max文件〔以供给，如图4-27所示4-27汽车模型2：利用Create/lights/standardlights/TargetSpot/命令在left视窗中创立聚光灯对象。选定并移动聚光灯和目标，使得看上去象灯光从左边的前灯射出。3：翻开modifySpotparameters展栏中，设置Hotspot20，Falloff25。atmosphereandEffect展栏中，单击Add按钮，在AddAtmosphereorEffect对话框中选定VolumeLightOK4-28所示。4-28设定Hotspot值和使用VolumeLightatmosphereandEffectVolumeLight效果并单击setup按钮以翻开Environment对话框，将density100。步骤5：复制并移动另外三盏灯到车灯头的位置，结果如图4-29所示244-29完成创立后场景及效果图七、试验报告完成指定的试验任务，试验完毕后，每位同学保存文件。试验五： 动画设计试验学时：425〔验证〔必修一、试验目的通过本试验的学习，使学生把握关键帧动画、路径动画、反向动画的实现方法。二、试验内容动画时间设置建立并编辑关键帧建立路径动画并与摄像机关联渲染动画把握正、反向运动制作过程及参数的设定。三、试验原理、方法和手段3DSMAX7的动画功能创立动画并输出动画文件。四、试验组织运行要求本试验要求学生在试验制定的框架下以自主训练为主的开放模式组织教学。五、试验条件试验用计算机硬件要求：CPU：PentuimⅣ3.0MHz以上的机型；内存：256MB以上；15英寸或以上规格；硬盘：20GB以上；输入设备：键盘和鼠标。3dsMax7.0或以上版本的软件；安装Photoshop7.0或以上版本的软件；安装AUTOCAD2023以上版本的软件。六、试验步骤1．动画时间设置 图5-1TimeConfiguration对话框创立一个简洁动画，翻开TimeConfigurationanimationlength数值，或EndTime的值为200，如图5-1所示。观看设置时间后的时间滑竿刻度。2．建立并编辑关键帧〔创立一个旋转的风车叶片动画〕〔1〕翻开Rotatingwindmillblades.max5-2265-2风车的模型单击max底部的AutoKey〔或N〕50Frontproppivotpoint为中心旋转。然后单击主工具栏上的Selectandrotate按钮并绕Y旋转prop单击AutoKey1的关键点。按住Shift100。这样可以保持平滑的循环动画。单击Time建立路径动画创立一个动画，使一架飞机沿着一个路径飞行。打来给定的文件loopingairplane.max5-3选定飞机，翻开Motion面板并单击TrjectoriesConvertFromFront翻开时间把握项中的KeyModeKeyFiltersRotation，然后单击SetKeySetKeySelextandrotate按钮，在front视口中选择飞机，使之与路径匹配，然后单SetKeyNextKey个步骤，直到整个路径设置了旋转关键点。播放动画，可以观看动画的结果。如图5-4所示。275-3创立动画前的场景5-4最终的飞机飞行动画摄像机沿路径运动创立一摄像机沿一路径在建筑物中漫游。翻开给定的文件camera-path.max,如图5-5此时只显示出样条曲线，其他的已隐蔽。front5-628图5-5 图5-6给相机制定一个路径约束。选择摄像机，翻开Motion面板并翻开AssignControllers展栏。position:PositionXYZ,并点击图标，消灭Assigncontroller〔如图5-。选择PathConstraint/O，在面板中点击AddPath5-8图5-7assigncontroller对话框 图5-8匹配路径给摄像机 图5-9调整摄像机播放动画，觉察摄像机的镜头方向不随路径的变化而变化，必需作修改。pathparameters展栏中的pathOption项勾选followAxis项中点选Y最终观看动画，此时的摄像机的动作是正确的。DisplayUnhideAll时将视口转换为摄像机视图，观看动画，结果如图5-10295-10调整后的摄像机漫游场景渲染动画将上次完成的动画文件翻开，重设定动画时间为1000帧。将滑竿中的1001000帧，观看动画状况。此时摄像机漫游速度降低了。利用复制关键帧方法在路径上的几个点设置摄像机暂停50100150帧动画结果。渲染动画，并保存为avi格式文件。把握正、反向运动制作过程及参数的设定翻开Gearandprop-IK.max5-11所示。selectandlink翻开Hierarchy面板并单击IK按钮，选定手柄，禁用SlidingJoin〔滑动关节活z轴的RotationlJoin〔旋转关节，勾选Active复选框。将手柄的设置复制给其它对象。选定手柄，在objectparametersslidejoint项分别点击Copy，然后选择齿轮，点击Past按钮，就可将手柄的slidejoint设置复制给了齿轮，用同样的方法将手柄的RotationlJoint的设置复制给齿轮。重复上述步骤将手柄的SlidingJoint和RotationlJoint设置复制给轴和螺旋推动器。启用autokey按钮，将帧数移动到10Hierarchy面板并单击IK按钮，激发InteractiveIK按钮，然后选selectandrotate命令在left视窗中拖动手来旋转柄。30观看动画并保存文件。5-11创立正反向动画七、试验报告完成指定的试验任务，试验完毕后，每位同学保存文件。试验六： 动画渲染与影片后期制作试验学时：231〔验证〔必修一、试验目的通过本试验的学习，使学生把握动画渲染的设置、把握以及影片后期制作技术。二、试验内容合成场景和图像视频渲染输出三、试验原理、方法和手段3DSMAX7的VideoPost生成生动高效的动画作品。四、试验组织运行要求本试验要求学生在试验制定的框架下以自主训练为主的开放模式组织教学。五、试验条件试验用计算机硬件要求：CPU：PentuimⅣ3.0MHz以上的机型；内存：256MB以上；15英寸或以上规格；硬盘：20GB以上；输入设备：键盘和鼠标。3dsMax7.0或以上版本的软件；安装Photoshop7.0或以上版本的软件；4．安装AUTOCAD2023以上版本的软件。六、试验步骤创立太空背景翻开Planet-background.max文件，该文件包含一个简洁的星空场景并有一个摄像机。如6-1所示。选择rendering/videopost命令，翻开videopost对话框。单击addsceneEvent按钮，在Labe1planetscene并单击OK按钮，此时在队列中参与了场景大事。单击AddimagefiltereventAddimagefilterevent对话框的Label处输入starfieldbg。从下拉列表中选择starfield6-2setup按钮以翻开startControl对话框。在startControl对话框中，在SourceCamera区域中输入Camera01，设置StarSize值为3.0，Count1500006-3ok6-4videopost对话框中已经32添加了starfieldbg大事。在videopost对话框中，单击ExecuteSeguence按钮，选定Single输出时间选项，单击render6-5所示。保存文件。图6-1 一个简洁的星空场景图6-2 Addimagefilterevent对话框 图6-3设置生成背景参数336-4添加了starfieldbg大事6-5生成的太空场景合成图像和动画合成一幅瀑布背景图像和一副渲染后的飞机模型。翻开文件Airplaneoverwaterfall.max，场景中有一架正在飞行的飞机，如图6-6所示。videopost对话框，单击Addimageinputevent按钮，在队列中添加一副背景图像文件〔以给定〕waterfall.tif，给大事命名backgroundok退出。addsceneEventrenderdairplanerenderoptionrenderSceneDefaultScanlinerenderer展栏中选用Anti-aliasing选项并单击ok退出。34在队列中选定background〔waterfall.tif〕大事和renderdairplaneAddImageLayerEvent按钮。在EditLayerEvent中选定AlphaComposite6-7所示，单击ok退出。图6-6 飞机的模型 图6-7EditLayerEvent对话框单击