于兵科

摘 要 三維動(dòng)畫是借助計(jì)算機(jī)技術(shù)發(fā)展起來(lái)的動(dòng)畫表現(xiàn)形式，它的理論來(lái)源依然離不開傳統(tǒng)視聽語(yǔ)言理論，一部?jī)?yōu)秀的三維動(dòng)畫片離不開成功的模型設(shè)計(jì)，在進(jìn)行模型設(shè)計(jì)時(shí)不僅要考慮動(dòng)畫模型的藝術(shù)性，還要考慮三維模型制作的技術(shù)性，因此三維動(dòng)畫模型設(shè)計(jì)是二者相互融合的產(chǎn)物。

關(guān)鍵詞 三維動(dòng)畫；模型；結(jié)構(gòu)；布線

中圖分類號(hào)TP39 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼 A 文章編號(hào) 1674-6708（2015）145-0068-02

三維動(dòng)畫模型設(shè)計(jì)有它自己的獨(dú)特性，不同于其他三維模型，如，三維掃描模型、工業(yè)設(shè)計(jì)三維模型、建筑三維模型、游戲模型等，它對(duì)模型的要求是依據(jù)動(dòng)畫和鏡頭的需要來(lái)決定的，不由模型本身決定。

1 三維動(dòng)畫場(chǎng)景模型設(shè)計(jì)

1.1 Matte Painting三場(chǎng)景模型

三維動(dòng)畫場(chǎng)景在制作設(shè)計(jì)中也借鑒了二維動(dòng)畫的場(chǎng)景的設(shè)計(jì)方法，在分鏡頭設(shè)計(jì)中對(duì)只有“推”、“拉”、“搖”（小于45度）單純的鏡頭變化情況下，場(chǎng)景模型可以考慮使用帶有Alpha通道的多邊形面片代替，如果，將其制作成實(shí)體三維場(chǎng)景模型，那會(huì)對(duì)有效系統(tǒng)資源是巨大浪費(fèi)，這種制作方式被稱為Matte Painting（數(shù)字繪景），這一技術(shù)最早出現(xiàn)于1911年，目前，隨著計(jì)算機(jī)圖像技術(shù)（CG）的飛速發(fā)展，以前所使用的“玻璃板”已被現(xiàn)如今的計(jì)算機(jī)圖像“層”的概念所替代，由于它的高仿真性和高效性常被虛擬現(xiàn)實(shí)電影所青睞，彼得杰克遜導(dǎo)演的電影《魔界三部曲》、《金剛》、《霍比特人》，詹姆斯卡梅隆導(dǎo)演的電影《終結(jié)者》、《阿凡達(dá)》等都采用了這一技術(shù)，在Matte Painting中的場(chǎng)景模型制作，不需要制作模型的全貌，也不需要對(duì)不同場(chǎng)景模型作分割處理，也無(wú)嚴(yán)格的布線要求，只需根據(jù)攝像機(jī)鏡頭視角，對(duì)場(chǎng)景模型結(jié)構(gòu)做簡(jiǎn)單的凹凸處理，重要的是需要有精確的Alpha遮罩通道和與之匹配的高質(zhì)量圖像貼圖，將遠(yuǎn)近不同的多邊形片狀模型，錯(cuò)落有致的排開，使其產(chǎn)生視覺(jué)上的層次感，通過(guò)虛擬3D攝像機(jī)推拉鏡頭的應(yīng)用產(chǎn)生可視模型間的縱深感，應(yīng)對(duì)此類Matte Painting鏡頭場(chǎng)景，這種模型制作方法不失為簡(jiǎn)單而高效。

1.2 虛擬現(xiàn)實(shí)三維場(chǎng)景模型

虛擬現(xiàn)實(shí)是計(jì)算機(jī)模擬現(xiàn)實(shí)環(huán)境，通過(guò)特殊的裝置（虛擬現(xiàn)實(shí)頭盔、眼鏡、手套、操縱桿等）使人沉浸在完全虛擬的環(huán)境中，環(huán)境中的所有物件全為三維模型，如，樹、草、房屋、電線桿等等。

虛擬現(xiàn)實(shí)三維場(chǎng)景要求場(chǎng)景中所有的物體觀看視角是不受限制的，可以任意角度查看，也就是360度無(wú)死角，要求場(chǎng)景內(nèi)所有可見模型都是三維模型，而非多邊形面片，這種模型是完全模擬或參考現(xiàn)實(shí)生活中的實(shí)物模型建造的。在設(shè)計(jì)和制作中需根據(jù)近景、中景、遠(yuǎn)景要求決定模型的細(xì)節(jié)制作程度，制作需要有合理的布線，以最少的模型面數(shù)體現(xiàn)結(jié)構(gòu)細(xì)節(jié)。由于整個(gè)場(chǎng)景均為有體積的虛擬模型，虛擬攝像機(jī)在三維場(chǎng)景中運(yùn)動(dòng)不受限制，可以游走場(chǎng)景的任何角落，由于場(chǎng)景中多為有體積的模型，對(duì)系統(tǒng)資源消耗較大，這就要求最大限度的降低多邊形面數(shù)，減少貼圖的尺寸，提高有限資源的使用率，由于精簡(jiǎn)了模型和貼圖，當(dāng)模型被拉近時(shí)，模型材質(zhì)會(huì)變模糊，出現(xiàn)馬賽克的不真實(shí)情況在所難免。

2 三維動(dòng)畫角色模型設(shè)計(jì)

三維動(dòng)畫角色不同于二維動(dòng)畫角色設(shè)計(jì)，制作時(shí)不受制作技術(shù)的限制，三維動(dòng)畫角色在設(shè)計(jì)時(shí)，首先要考慮的是其技術(shù)掌握程度、項(xiàng)目開發(fā)周期、資金配置的因素，否則，即使設(shè)計(jì)出來(lái)也不一定能如期制作完成，如，毛發(fā)、布料、sss材質(zhì)、光線追蹤渲染等相對(duì)復(fù)雜的技術(shù)，對(duì)于毛發(fā)、布料制作在技術(shù)上已遠(yuǎn)遠(yuǎn)超出了動(dòng)畫師的技術(shù)可控范圍，這部分需和特效制作部門配合，如果技術(shù)水平、資金預(yù)算有限，在前期的角色設(shè)定時(shí)應(yīng)做相應(yīng)的變通處理，將其控制在技術(shù)、資金、時(shí)間允許范圍之內(nèi)，不然會(huì)給后續(xù)工作帶來(lái)麻煩和不便。

三維角色模型制作有自身的規(guī)則，根據(jù)計(jì)算機(jī)Mesh網(wǎng)格線的特性，在制作三維動(dòng)畫角色時(shí)需保證在各個(gè)關(guān)節(jié)連接處最少有三圈連接線，作為動(dòng)畫模型運(yùn)動(dòng)變化時(shí)鎖定形體結(jié)構(gòu)的基線，只有這樣的模型在制作動(dòng)畫時(shí)，運(yùn)動(dòng)的形體結(jié)構(gòu)才能正確得以表現(xiàn)。

布線是三維模型制作不可忽略的技術(shù)要點(diǎn)，在滿足模型藝術(shù)表現(xiàn)的情況下，能最大限度的節(jié)約系統(tǒng)資源是三維動(dòng)畫模型最基本的設(shè)計(jì)原則，合理的模型布線不僅節(jié)約了數(shù)據(jù)資源，還便于形體結(jié)構(gòu)的表現(xiàn)。怎樣才能做到布線合理：

1）要充分了解形體結(jié)構(gòu)，布線隨著形體轉(zhuǎn)折結(jié)構(gòu)分布，如果模型是角色（人、動(dòng)物）要與角色肌肉運(yùn)動(dòng)的方向一致，這樣便于動(dòng)畫流暢平滑的控制與表現(xiàn)。

2）形體關(guān)鍵部位要有足夠的布線，線的疏密直接影響的可控制點(diǎn)的數(shù)量，豐富的動(dòng)畫細(xì)節(jié)表現(xiàn)與控制點(diǎn)數(shù)量息息相關(guān)。

3）三星點(diǎn)、五星點(diǎn)的處理要得當(dāng)。在三維模型中特別是對(duì)于復(fù)雜的形體，三星點(diǎn)、五星點(diǎn)出現(xiàn)是難以避免的，因此，對(duì)動(dòng)畫骨骼設(shè)置要有一定了解，也就是要知道運(yùn)動(dòng)原理和方式，以便更好的控制目標(biāo)體模型。

在設(shè)計(jì)三維動(dòng)畫角色模型時(shí)，不能簡(jiǎn)單的要求將模型的外形結(jié)構(gòu)制作出來(lái)，還應(yīng)了解多邊形運(yùn)動(dòng)變化的規(guī)律，并按規(guī)律制作模型才能更好的應(yīng)用于后續(xù)動(dòng)畫制作，使其成為合格的動(dòng)畫角色模型。

3 三維模型燈光、材質(zhì)、渲染

燈光對(duì)于三維模型來(lái)說(shuō)尤為重要，燈光的強(qiáng)弱、冷暖對(duì)于場(chǎng)景模型的間時(shí)空關(guān)系及角色模型性格塑造都至關(guān)重要，完整的三維動(dòng)畫模型是有材質(zhì)的，材質(zhì)主要用于表現(xiàn)虛擬現(xiàn)實(shí)物體表面的質(zhì)感，不同的材質(zhì)在心理上會(huì)給觀眾帶來(lái)不同的感受。在三維動(dòng)畫模型中所有的燈光都是根據(jù)自然界現(xiàn)實(shí)情況進(jìn)行模擬的，最長(zhǎng)用的燈光模擬方法是三點(diǎn)光源法，一盞主光源，兩盞輔燈，主燈在燈光陰影處理上要強(qiáng)于輔光燈，輔光陰影在處理時(shí)要么將其陰影屬性關(guān)掉，要么降低陰影邊緣強(qiáng)度，若要追求更加真實(shí)的陰影效果，就使用HDR高動(dòng)態(tài)范圍圖像的光線追蹤陰影，將其產(chǎn)生的軟陰影作為區(qū)域陰影細(xì)節(jié)處理，可較大的提高圖像仿真度。

模型的材質(zhì)主要有兩種方式產(chǎn)生：一是通過(guò)UV劃分將繪制或修改后的照片作為貼圖生成模型的材質(zhì)；二是通過(guò)計(jì)算機(jī)程序產(chǎn)生紋理模擬模型材質(zhì)，兩種材質(zhì)產(chǎn)生方法各有優(yōu)劣，第一種的優(yōu)點(diǎn)是仿真程度高，不足是需要?jiǎng)澐諹V操作繁復(fù)，項(xiàng)目文件大，耗費(fèi)資源，第二種的優(yōu)點(diǎn)是操作便捷，無(wú)需劃分UV，文件量小，節(jié)省資源，不足是仿真度低。兩種材質(zhì)處理方式結(jié)合使用效率最高，對(duì)于主體物件使用貼圖方式，如，房屋、樹木、道具等，對(duì)于次要物件，如，水、草、遠(yuǎn)山等，結(jié)合使用即可保證較高的仿真度，又可節(jié)約系統(tǒng)資源。

渲染是影視制作的獨(dú)特方式，在游戲、虛擬現(xiàn)實(shí)中沒(méi)有渲染這一環(huán)節(jié)，所有圖像都是所見即所得的，所示圖像都是依靠計(jì)算機(jī)GPU（圖像顯卡）即時(shí)計(jì)算處理得來(lái)，無(wú)需后期合成處理，渲染主要針對(duì)的是影視行業(yè)，由于行業(yè)特點(diǎn)，與游戲相比它對(duì)圖像的質(zhì)量要求較高，也更為嚴(yán)格，通常渲染要分層，分通道，要經(jīng)過(guò)后期特效、剪輯、合成，輸出等環(huán)節(jié)。

4 結(jié)論

三維動(dòng)畫模型的設(shè)計(jì)有其自身的獨(dú)特性，既要滿足當(dāng)前計(jì)算機(jī)技術(shù)的發(fā)展現(xiàn)實(shí)要求，又要滿足模型形體、比例、結(jié)構(gòu)的合理性要求，還要滿足動(dòng)畫本身的運(yùn)動(dòng)規(guī)律要求，制作的三維動(dòng)畫模型，既要細(xì)節(jié)豐富，又要最大限度的節(jié)省計(jì)算機(jī)有限的資源，滿足上述條件方可算得上是一件合格的三維動(dòng)畫模型產(chǎn)品，一部好的三維動(dòng)畫片，優(yōu)秀的模型設(shè)計(jì)是其成功的重要條件之一。

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