摘 要：作為一門新興技術(shù)產(chǎn)業(yè)，三維角色動畫牽扯的領(lǐng)域和因素眾多。其不僅與美術(shù)、設(shè)計領(lǐng)域有相關(guān)性，而且還涉及軟件技術(shù)及軟件方法的使用?，F(xiàn)如今，在計算機動畫技術(shù)中，三維角色動畫制作的關(guān)鍵技術(shù)備受關(guān)注，尤以運動控制技術(shù)為最難。為了推動我國三維動畫制作技術(shù)不斷發(fā)展，且確保增強我國三維角色動畫的制作效率，針對三維動畫制作的關(guān)鍵技術(shù)有必要進行探究。

關(guān)鍵詞：三維角色；動畫制作；關(guān)鍵技術(shù)

就我國計算機動畫產(chǎn)業(yè)的發(fā)展狀況來看，其發(fā)展空間非常大。但是，由于種種因素的制約，以至于我國三維動畫的發(fā)展略有停滯。究其根本原因，除了資金缺乏、整體水平相對落后、缺乏專業(yè)教育人才等幾項因素之外，技術(shù)基礎(chǔ)薄弱是最為關(guān)鍵的影響因素。[1]為了穩(wěn)定我國動畫產(chǎn)業(yè)的發(fā)展態(tài)勢，必須狠抓三維角色動畫制作的質(zhì)量。基于此，可從應(yīng)用三維角色動畫制作的關(guān)鍵技術(shù)為切入點深入分析。

1 三維角色動畫

從20世紀90年代起，經(jīng)歷了近30年的發(fā)展變化，計算機三維動畫逐漸走入大眾的視野。作為采用計算機三維動畫技術(shù)的首次亮相，中央電視臺、北京電視臺在1990年北京第十一屆亞運會電視轉(zhuǎn)播中制作電視片頭效果明顯。[2]這里所謂的三維動畫，是新興動畫制作技術(shù)的一種表達，即3D動畫。3D動畫的制作機理：借助三維動畫制作軟件建立模擬環(huán)境——依據(jù)動畫角色形象構(gòu)架基礎(chǔ)模型及動畫場景——結(jié)合相應(yīng)動畫劇情設(shè)定角色基礎(chǔ)模型的運動軌跡——確定并記錄其動畫設(shè)定參數(shù)——對角色基礎(chǔ)模型進行材質(zhì)合成——實施著色打光處理——輸出，完成動畫畫面。[3]

在3D動畫的制作過程中，不免需要運用到三維動畫技術(shù)。將技術(shù)應(yīng)用其中，主要目的是模擬真實物體及其動作，達到準確還原物體運動過程的目的。在電視劇制作過程中，采用該技術(shù)，主要展現(xiàn)電視劇特效及特技，展現(xiàn)出某些爆破場面、撞擊場面，有非常震撼的效果。談及三維角色動畫制作，共包括四個步驟，依次是角色建模（幾何建模技術(shù)、三維掃描儀技術(shù)、圖像建模技術(shù)和專門的三維角色制作軟件）、骨骼創(chuàng)建、蒙皮綁定、運動控制（基本的骨骼系統(tǒng)、專用角色動畫制作的模塊、運動捕捉技術(shù)和三維角色動作生成軟件）。[4]尤以第一步和第四步的技術(shù)最為重要。各技術(shù)的特性突出，在選用過程中，需謹慎，并進行綜合考慮，以達到較為滿意的三維角色動畫制作的效率和質(zhì)量。

2 三維角色動畫制作中的關(guān)鍵技術(shù)

2.1 三維角色動畫制作中的建模技術(shù)

（1）幾何建模技術(shù)。在三維角色動畫制作中，應(yīng)用的幾何建模技術(shù)，即核心建模技術(shù)。涉及的內(nèi)容較多，具體涵蓋了表面建模、細分表面建模、多邊形建模、NURBS建模以及雕刻建模。關(guān)于幾何建模法，有相關(guān)的三維動畫制作軟件提供制作基礎(chǔ)。但是，仍需要相關(guān)動畫設(shè)計人員的美術(shù)功底過關(guān)，應(yīng)對復(fù)雜的建模過程。

（2）三維掃描技術(shù)。三維角色動畫制作中，需要對演員或表演動物進行全面掃描，以獲取相關(guān)數(shù)據(jù)，此時需要應(yīng)用到三維掃描系統(tǒng)。因此，將對演員或表演動物的表面采樣數(shù)據(jù)過程稱為三維掃描技術(shù)。其中，構(gòu)建虛擬三維彩色模型就需要采集角色表面的三維坐標或其皮膚色彩信息。三維掃描技術(shù)的制作效率較高，完成復(fù)雜的建模過程較快。但該技術(shù)的應(yīng)用，需要投入較高的設(shè)備成本。

（3）圖像建模技術(shù)。該技術(shù)應(yīng)用角色三維模型的構(gòu)建，其間需要借助數(shù)碼相機拍攝不同角度的角色形象，從而獲取高清相片，使用軟件，完成自動合成。該技術(shù)的建模效率較高，但是，存在一定的缺陷，即難以對細節(jié)進行系統(tǒng)微調(diào)，不能確保模型的準確率。

（4）三維角色的建模制作軟件?？梢酝瓿煞先S角色動畫制作要求的一種軟件。以角色造型、角色物體等為基準，使相關(guān)工作人員創(chuàng)作出角色的頭部、四肢等，進而完成基礎(chǔ)角色模型。其間，對于需要調(diào)整的，可以采用參數(shù)盤調(diào)節(jié)。

2.2 三維角色動畫制作中的運動控制技術(shù)

（1）基本的骨骼系統(tǒng)。關(guān)于基本的骨骼系統(tǒng)，一般是由三維動畫制作軟件提供。借此可創(chuàng)建骨骼指定層級關(guān)系。同時，對骨骼進行關(guān)鍵幀設(shè)置可以通過手動完成。使用過程中，靈活性較好。此外，為了更便于手動設(shè)置骨骼關(guān)鍵幀動畫，使其最后動作的效果更加流暢，相關(guān)工作者需要了解和掌握正、反向運動學(xué)的知識。

（2）專用角色動畫制作的模塊。以3DSMAX內(nèi)置的CharacterStudio為例，由于其提供了Bipe骨骼系統(tǒng)，因而減免了手動設(shè)置每根骨骼層級關(guān)系和各種的IK指定的過程。[5]在創(chuàng)建完整的人物骨骼時，非常便利，單擊拖動鼠標于視圖中即可。Bipe骨骼系統(tǒng)使用更加方便。另外，在CharacterStudio中，還有自動步跡動畫，這對于難度增加的動畫無疑是非常有利的。與此同時，其中的運動混合功能可實現(xiàn)多個動作的疊加，完成更加復(fù)雜動作的制作?？傊?，CharacterStudio制作動畫效率較高，但是，唯一的不足之處即動畫制作中關(guān)于復(fù)雜動作制作還是不夠簡便，且動作效果不理想。

（3）運動捕捉技術(shù)。談及運動捕捉技術(shù)，其涉及的技術(shù)內(nèi)容較為廣泛，與計算機圖形學(xué)、電子、機械、光學(xué)、計算機視覺、計算機動畫等技術(shù)都有一定的相關(guān)性。運動捕捉技術(shù)，即通過運動捕捉系統(tǒng)捕捉運動物體關(guān)鍵部位的跟蹤器，經(jīng)計算機分析得出動畫制作中應(yīng)用數(shù)據(jù)的過程。其后，借助數(shù)據(jù)驅(qū)動三維模型即可生成動畫。通常情況下，運動捕捉后的數(shù)據(jù)有兩種途徑完成動畫制作，其一，直接調(diào)入三維動畫中驅(qū)動三維模型；其二，借助第三方軟件實施編輯。

（4）三維角色動作生成軟件。三維角色動作生成軟件是當下常見的一種應(yīng)用手法。以Endorphin（英國NaturalMotion公司研發(fā)）為例，其可以實現(xiàn)自動生成三維角色動作。在設(shè)計模擬角色身體某部分過程中，通過參數(shù)設(shè)置，可以調(diào)整其強度和方向，進而自動產(chǎn)生翻滾的動作。該軟件的優(yōu)勢在于，其能夠模擬真實的動作。在三維角色動畫制作中，一直以來，基于硬件的運動捕捉技術(shù)的生產(chǎn)效率和精度受到業(yè)內(nèi)的認可。而三維角色動作生成軟件與其不相上下。由于動畫制作中，常常需要設(shè)置一些極其危險的動作（高空跳樓、撞擊等），因而，應(yīng)用三維角色動作生成軟件，效果極佳。危險情況下的動作在制作過程中，較為負責(zé)，而該軟件通過運用全新的動畫制作技術(shù)（虛擬演員）可不需特殊的相關(guān)捕捉硬件設(shè)備而模擬出任何動作。由此可見，三維角色動作生成軟件的應(yīng)用前景極為廣闊。

3 結(jié)語

三維角色動畫制作中，其幾項關(guān)鍵技術(shù)各有所長。在倡導(dǎo)創(chuàng)造精神的新世紀，這些技術(shù)均能夠為動畫制作行業(yè)增添光彩。三維角色動畫制作的幾項關(guān)鍵技術(shù)中，運動控制技術(shù)是重中之重，在結(jié)合角色形象和角色動作需要之后，綜合性考慮選用其中的技術(shù)，不僅能夠讓動畫角色進行生動、準確的表演，而且對于整個行業(yè)的發(fā)展也能夠起到推進作用。另外，在技術(shù)的應(yīng)用過程中，需要注重角色動作細節(jié)的刻畫，以追求完美的動畫效果。

參考文獻：

[1] 司建楠.動畫角色的動作設(shè)計對其性格塑造的探究[D].南京師范大學(xué)，2013.

[2] 李思橦.運動中的人物角色動畫的設(shè)計與實現(xiàn)[D].北京工業(yè)大學(xué)，2015.

[3] 劉洋，郭熒飛.三維角色動畫制作關(guān)鍵技術(shù)的幾點探討[J].工業(yè)設(shè)計，2016（08）：188+190.

[4] 張興華，孟藝.淺析運動規(guī)律在三維動畫制作中的運用——三維角色的行走動畫[J].藝術(shù)與設(shè)計（理論），2013（03）：100-102.

[5] 樊宇.三維動畫制作中關(guān)于角色裝配技術(shù)與角色動作規(guī)劃探討[J].科技資訊，2011（31）：18.

作者簡介：阿榮，內(nèi)蒙古通遼人，本科，專職教師，研究方向：電腦美術(shù)。