侯自力

摘要：該文使用3DS MAX軟件中Cat骨骼人蒙皮方式制作舞者舞蹈動(dòng)畫(huà)，分析了用Cat骨骼人系統(tǒng)制作男女舞者的骨骼搭建、舞步組合分解動(dòng)作、單一分解動(dòng)作集合的運(yùn)動(dòng)流動(dòng)畫(huà)及連接動(dòng)畫(huà)持續(xù)的時(shí)間控制問(wèn)題，討論了解決這些問(wèn)題的方法步驟和可行性。

關(guān)鍵詞：Cat骨骼人蒙皮;骨骼搭建;動(dòng)作組合;運(yùn)動(dòng)流動(dòng)畫(huà)

中圖分類(lèi)號(hào)：TP311? ? ? ?文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A

文章編號(hào)：1009-3044（2021）17-0202-03

開(kāi)放科學(xué)（資源服務(wù)）標(biāo)識(shí)碼（OSID）：

1引言

利用計(jì)算機(jī)3DS MAX 、Unity3D等軟件模擬產(chǎn)生一個(gè)三維空間虛擬世界的舞臺(tái)場(chǎng)景，制作可共觀賞者在視覺(jué)、聽(tīng)覺(jué)或觸覺(jué)等感官上來(lái)體會(huì)舞者的動(dòng)作，通過(guò)虛擬舞臺(tái)中舞者的動(dòng)作利用計(jì)算機(jī)圖形制作技術(shù)、虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)、多媒體合成等技術(shù)實(shí)現(xiàn)舞者的運(yùn)動(dòng)仿真，達(dá)到學(xué)舞者可交互式、沉浸式、720度方向上反復(fù)研磨舞者舞姿技術(shù)的目的。使用3dsmax軟件制作CAT角色沿舞程線方向運(yùn)動(dòng)，通過(guò)腳印步伐的修改，每個(gè)舞步方向的調(diào)整，以及腳步離地面高度等動(dòng)作的修改，完成蒙皮的舞者表演一連串分解動(dòng)作的組合動(dòng)畫(huà)，為將來(lái)完成舞者的各組動(dòng)畫(huà)集制作奠定基礎(chǔ)，也為使用unity3d軟件設(shè)計(jì)鍵盤(pán)、鼠標(biāo)、手柄可穿式佩戴設(shè)備來(lái)模擬控制舞者每個(gè)動(dòng)作積累素材，為完成設(shè)計(jì)的模擬舞者舞姿的動(dòng)作的動(dòng)畫(huà)成為可能。下面重點(diǎn)講述使用3DS MAX軟件CAT角色系統(tǒng)制作模擬舞者組合動(dòng)作的動(dòng)畫(huà)主要技術(shù)步驟。

2給出舞蹈動(dòng)作組合順序的名稱

學(xué)習(xí)舞者優(yōu)雅的舞蹈動(dòng)作，首先要模仿他們的舞姿舞步以及各種神態(tài)，舞姿舞步學(xué)習(xí)尤為重要，現(xiàn)以男者身體和腳步引導(dǎo)取各種舞姿名來(lái)歸納某種舞蹈組合順序的名稱，如桑巴舞常見(jiàn)組合花種，分原地動(dòng)作和行進(jìn)動(dòng)作，胯部帶動(dòng)大腿，以前后扭動(dòng)臀部為主，一般每個(gè)動(dòng)作表演完成2遍，常見(jiàn)動(dòng)作共有15組。

1）原地基本步組（前后走步+左右掃步+左右側(cè)蹬腿+左腳向右墊步+右腳向左墊步）

2）行進(jìn)開(kāi)合碰手組（右側(cè)手腳同步合+左側(cè)的手腳同步開(kāi)）

3）背式交叉步墊步組（拉女背身同步+左前側(cè)左右交叉步+左腳向右墊步+對(duì)稱再次做墊步）

4）背式后蹬腿退轉(zhuǎn)組（背身左腳后蹬右退轉(zhuǎn)+左手抬起帶女一圈/右腳原地蹬右轉(zhuǎn)）

5）背式桑巴梭步組（右側(cè)右走步梭步+左側(cè)左墊步）

6）推胸追步組（拉女正對(duì)+女右手推胸反身向前追/男右手搭女左手梭步走）

7）臂式滾追步組（女在男右手臂中回滾+反身向前追）

8）左右換手追步組（女拉回?fù)Q手向右反身追步+女拉回?fù)Q手向左反身追步）

9）快三轉(zhuǎn)側(cè)并墊步組（快三右轉(zhuǎn)+右側(cè)并墊步）

10）跑步換位組（男女搭手并排+男女左右繞跑換位轉(zhuǎn)）

11）女右側(cè)前后梭步組（拉女右側(cè)前面對(duì)梭步+再退回右側(cè)梭步）

12）切割步組（左單切+右單切+左雙切+右雙切）

13）原地推手轉(zhuǎn)（推女左右手美式轉(zhuǎn)）

14）圓形墊步組（男女面對(duì)基本步+左右交叉步+反向墊步）

15）背式女背手墊步組（女背式左右換背手/基本步+左右墊步）

3 使用三維軟件Cat骨骼系統(tǒng)搭建男女舞者模型

根據(jù)桑巴這種舞蹈組合順序的名稱，使用3DS MAX軟件模擬制作男女雙人舞動(dòng)的動(dòng)畫(huà)，涉及的各類(lèi)技術(shù)問(wèn)題，其中創(chuàng)建舞者的皮膚模型好壞依賴建模師的水平。研究開(kāi)發(fā)舞者的舞步組合動(dòng)作時(shí)，對(duì)舞者外形審美不需要做過(guò)多的要求，只要舞者模型制作出的動(dòng)畫(huà)能夠準(zhǔn)確表達(dá)出舞步組合順序就可以，模型的創(chuàng)建技術(shù)一般包括：皮膚、骨骼、骨骼蒙皮、蒙皮貼圖。

3.1 3dsMax軟件創(chuàng)建男女舞者皮膚、服裝、飾品外形

男女舞者模型創(chuàng)建是實(shí)施完成各舞種動(dòng)作的主體，其外形皮膚創(chuàng)建分為：

1）美工師繪制或拍攝實(shí)體的前、頂、左視圖方向上的二維圖片;

2）將一組實(shí)體二維圖片導(dǎo)入軟件中凍結(jié)，為創(chuàng)建立體模型做臨摹背景;

3）根據(jù)圖片外形選擇接近實(shí)體外形的透明標(biāo)準(zhǔn)體或透明平面繪制實(shí)體邊線;

4）使用編輯多邊形、編輯面片、NURBS曲面編輯技術(shù)進(jìn)行點(diǎn)、線、面逼近實(shí)體模型;

5）用實(shí)體對(duì)稱特點(diǎn)取其1/2或1/4，再通過(guò)切割、擠出、焊接、塌陷等修改技術(shù)逐步逼近立體模型。

3.2根據(jù)皮膚外形用3dsMax軟件Cat角色系統(tǒng)創(chuàng)建能控制男女舞蹈動(dòng)作的骨骼軀干

根據(jù)外殼皮膚用Cat角色系統(tǒng)制作積木式的Cat骨架，同時(shí)修改積木骨骼軀干的長(zhǎng)短大小。填滿皮膚的內(nèi)空間為骨骼封套做好準(zhǔn)備。

1）導(dǎo)入舞者皮膚，貼上透明材質(zhì)并凍結(jié);

2）創(chuàng)建輔助對(duì)象中的CAT三角骨骼，在面板中進(jìn)入Cat父對(duì)象>倉(cāng)庫(kù)>選無(wú)，頂視圖中拖出三角形圖標(biāo)，見(jiàn)圖1;

3）從舞者皮膚中心創(chuàng)建矩形骨盆，見(jiàn)圖2;

4）再?gòu)木匦喂桥柘蛲庵鸩絼?chuàng)建左右邊腿、脊椎、左右手臂、頭部，見(jiàn)圖3。

3.3 男女骨骼蒙皮，皮膚封套調(diào)整技術(shù)

1）選擇皮膚，修改列表選擇蒙皮或physique修改器對(duì)角色骨骼進(jìn)行綁定;

2）命令面板蒙皮欄下添加所有的骨骼（可以先集合所有骨骼）;

3）皮膚封套調(diào)整，避免穿幫，見(jiàn)圖4。

3.4 男女蒙皮貼圖技術(shù)

1）皮膚是有規(guī)律的多邊形可采用多維貼圖材質(zhì)進(jìn)行分塊貼圖，見(jiàn)圖5;

2）皮膚是沒(méi)有規(guī)律的外形往往采用修改列表中uvw展開(kāi)貼圖，在uvw展開(kāi)編輯器中制作局部對(duì)應(yīng)的圖片，再采用漫反射、法線、高光等貼圖完成精準(zhǔn)的表面多通道貼圖，見(jiàn)圖6。

4 舞者舞步組合動(dòng)作分解創(chuàng)建一連串動(dòng)畫(huà)技術(shù)

根據(jù)舞者舞步組成的各種桑巴腳步動(dòng)作組合的順序名稱，一組一組分析腳步在地面上軌跡，調(diào)整舞者個(gè)體原地每幀腳步在移動(dòng)及變向上的變換技術(shù)問(wèn)題，逐幀修改舞者Cat骨骼人胯部帶動(dòng)雙腿、雙肩和頭部轉(zhuǎn)到的運(yùn)動(dòng)方向。要求分析舞者動(dòng)作滿足拉丁舞舞姿特點(diǎn)的運(yùn)動(dòng)動(dòng)作。運(yùn)用CAT角色沿舞程線方向運(yùn)動(dòng)，通過(guò)腳印的修改，調(diào)整每個(gè)舞步方向，以及腳步離地面高度。下面以Cat骨骼人分析舞者舞動(dòng)時(shí)的地面腳步步幅、軀干曲線扭動(dòng)、手臂伸與縮、頭部轉(zhuǎn)動(dòng)等舞步組合中涉及的動(dòng)畫(huà)技術(shù)進(jìn)行描述。

4.1 制作舞者舞每幀初步舞姿動(dòng)作的動(dòng)畫(huà)并通過(guò)可用預(yù)設(shè)參數(shù)增加動(dòng)作幅度

根據(jù)桑巴舞運(yùn)動(dòng)特點(diǎn)解決原地舞姿和行進(jìn)中的腳步及舞姿搭配每個(gè)分解動(dòng)作，參照上面給出的舞步名稱，男人牽引女舞者在地面留下一串舞步軌跡足跡的同時(shí)，舞者軀體又在原地表現(xiàn)各種扭動(dòng)動(dòng)作，兩手臂轉(zhuǎn)動(dòng)動(dòng)作及頭部變向動(dòng)作，每一幀通過(guò)CAT系統(tǒng)的運(yùn)動(dòng)管理層分：添加層abs關(guān)鍵幀動(dòng)畫(huà)和局部權(quán)重調(diào)整層、添加小人跑CATMotion層、+L調(diào)整層來(lái)調(diào)整舞者的腳步步幅、軀體扭動(dòng)、手臂伸轉(zhuǎn)、頭部擺動(dòng)等各種不同的舞姿。使用3dsmax軟件由系統(tǒng)CAT骨骼蒙皮人分解舞姿制作步驟有：

1）導(dǎo)入蒙皮后的舞者模型，隱藏皮膚;

2）任選軀體中骨塊，面板上點(diǎn)選運(yùn)動(dòng)，可見(jiàn)面板上出現(xiàn)--層管理器;

3）層管理器選Abs添加動(dòng)畫(huà)層，單擊紅色按鈕，變成綠色播放按鈕，進(jìn)入動(dòng)畫(huà)設(shè)置模式，時(shí)間軸設(shè)置關(guān)鍵點(diǎn)動(dòng)畫(huà)設(shè)置（紅軸），見(jiàn)圖7。

（1）選某個(gè)時(shí)間幀上個(gè)鎖制作腳的移動(dòng)旋轉(zhuǎn)/選腳底的輔助物方框。

（2）軀干曲線扭動(dòng)。

（3）手臂伸與縮。

（4）頭部轉(zhuǎn)動(dòng)畫(huà)。

4）舞者各肢體動(dòng)作協(xié)調(diào)通過(guò)權(quán)重調(diào)整，圖8 。

（1）層管理器中再次添加abs層。

（2）分別選不同骨骼肢體，面板上調(diào)整局部權(quán)重，100為不動(dòng)，50為動(dòng)一半。

4.2 舞者沿舞程線運(yùn)動(dòng)腳步軌跡及舞姿細(xì)節(jié)調(diào)整

CATMotion層設(shè)置的預(yù)設(shè)動(dòng)作只能完成初步的角色動(dòng)畫(huà)，在細(xì)節(jié)上還存在很多問(wèn)題，使用Adjustment Layer層可以設(shè)置動(dòng)畫(huà)增量，即在保持現(xiàn)有動(dòng)畫(huà)的基礎(chǔ)上，增加新的數(shù)據(jù)，例如，我們可以保持臂膀擺動(dòng)的動(dòng)作，增加手指蘭花指的動(dòng)作。雖然在CATMotion層也可以設(shè)置相關(guān)參數(shù)，但容易與預(yù)設(shè)動(dòng)作原有數(shù)據(jù)相混淆或者發(fā)生沖突，產(chǎn)生錯(cuò)誤的結(jié)果，而單獨(dú)在Adjustment Layer層進(jìn)行編輯，可以單獨(dú)保留其數(shù)據(jù)，不會(huì)破壞對(duì)象原始的動(dòng)畫(huà)參數(shù)。從而準(zhǔn)確地控制舞者腳步步幅、軀體扭動(dòng)、手臂伸轉(zhuǎn)、頭部擺動(dòng)等各種不同的舞姿，制作其動(dòng)畫(huà)制作步驟有：

1）可用預(yù)設(shè)參數(shù)調(diào)整來(lái)增加CAT骨骼人手臂、雙腿和頭部動(dòng)作幅度，在層管理器選小人跑圖標(biāo)添加動(dòng)畫(huà)層，單擊紅色按鈕，變成綠色播放按鈕，進(jìn)入動(dòng)畫(huà)設(shè)置模式。見(jiàn)圖8。

（1） 層管理器下點(diǎn)擊熊掌圖標(biāo)，打開(kāi)CATMotion窗口。

（2） 在可用的預(yù)設(shè)處雙擊<2Legs>選項(xiàng)加載4個(gè)預(yù)設(shè)動(dòng)作，選GameCharCreep單擊Load用新的動(dòng)作覆蓋當(dāng)前。

（3）Globals>修改最大步數(shù)時(shí)間=85，可以延長(zhǎng)舞者每步時(shí)間。

（4） 展開(kāi)PelvisGroup項(xiàng)中的Legs，再展開(kāi)FootPlatform>OffsetPos參數(shù)可以增大兩腳間距。

（5）修改RicageGroup選項(xiàng)中Arm>Bend參數(shù)及曲線點(diǎn)，可以拉伸或降低舞者手臂Arm>Swin參數(shù)可以修改手臂的波動(dòng)。

（6）還可以再HeadGroup選項(xiàng)中修改頭部扭動(dòng)等參數(shù)增加改變頭轉(zhuǎn)動(dòng)幅度。

2）進(jìn)一步調(diào)整CAT骨骼人每幀手指腳趾舞姿細(xì)節(jié)動(dòng)畫(huà)，見(jiàn)圖10。

（1）在視圖中選擇手腕，在層管理下創(chuàng)建+L調(diào)整層。

（2）面板上選參數(shù)，在手指修改器選拇指、中指、食指等進(jìn)行參數(shù)修改。

（3）也可視圖中選手臂、大腿等骨骼進(jìn)行協(xié)調(diào)，選參數(shù)按XYZ軸進(jìn)行旋轉(zhuǎn)。

4.3 創(chuàng)建舞者各組動(dòng)作集合動(dòng)畫(huà)的運(yùn)動(dòng)流

舞者的表演由一組一組動(dòng)作連續(xù)組成，每組動(dòng)作由幾個(gè)分解動(dòng)作制作的動(dòng)畫(huà)，在Cat骨骼系統(tǒng)中，包含有多種預(yù)設(shè)動(dòng)作，也可以將自定義的動(dòng)畫(huà)存儲(chǔ)為預(yù)設(shè)動(dòng)作，預(yù)設(shè)動(dòng)作可以直接添加給對(duì)象，使其具有某種動(dòng)畫(huà)效果，而不需要再進(jìn)行復(fù)雜的設(shè)置。CAT骨骼人完成預(yù)設(shè)動(dòng)作用于當(dāng)前編輯的Cat對(duì)象時(shí)只是子動(dòng)作，還沒(méi)有實(shí)現(xiàn)動(dòng)作間的組合，在CATMotion對(duì)話框左側(cè)的顯示窗內(nèi)選擇CATMotion Presets選項(xiàng)中，在Current Layers顯示窗內(nèi)選擇某個(gè)動(dòng)作層后，權(quán)重參數(shù)欄內(nèi)的參數(shù)會(huì)控制其對(duì)角色模型動(dòng)作間的影響，只要設(shè)置權(quán)重具體參數(shù)，即可完成復(fù)雜動(dòng)畫(huà)動(dòng)作間的組合。使用系統(tǒng)Cat對(duì)象人（舞者）制作完成一組多個(gè)動(dòng)作集合的運(yùn)動(dòng)流動(dòng)畫(huà)技術(shù)主要有：

1）用上面方法分別創(chuàng)建Cat對(duì)象人（舞者）制作每組動(dòng)作動(dòng)畫(huà)，如：背式交叉步墊步組、背式桑巴梭步組、推胸追步組，分別保存為.cmp格式，存入Administrator/AppData/Local/Autodesk/3dsMax/2020-64bit/CHS/plugcfg_ln/CAT/MotionPresets/Dancer預(yù)設(shè)庫(kù)中Dancer文件夾中 ;

2）選Cat對(duì)象人（舞者）三角架，選面板運(yùn)動(dòng)模式，層管理器下添加選小人跑圖標(biāo)，即CATMotion層;

3）點(diǎn)選熊掌圖標(biāo)，打開(kāi)CATMotion Presets預(yù)設(shè)窗口;

4）在窗口下雙擊先前存儲(chǔ)各組舞步預(yù)設(shè)名稱，添加各組動(dòng)畫(huà)在當(dāng)前層中，見(jiàn)圖11;

5）選CAT對(duì)象全部動(dòng)畫(huà)，分別設(shè)置關(guān)鍵幀（紅色時(shí)間軸），定義不同時(shí)間段及權(quán)重 ;

（1）CATMotion窗口中當(dāng)前層>選對(duì)應(yīng)名稱>背式交叉步墊步組，時(shí)間滑塊到80幀，設(shè)置權(quán)重=0;

（2）CATMotion窗口中當(dāng)前層>選對(duì)應(yīng)名稱>背式桑巴梭步組，時(shí)間滑塊到80幀，設(shè)置權(quán)重=0;

（3） CATMotion窗口中當(dāng)前層>選對(duì)應(yīng)名稱>推胸追步組>，時(shí)間滑塊到80幀，設(shè)置權(quán)重=0。

6）導(dǎo)出舞者三個(gè)舞步組合的運(yùn)動(dòng)流.FBX格式的動(dòng)畫(huà)。

5 結(jié)束語(yǔ)

人們以體育鍛煉為目的跳舞活動(dòng)在音樂(lè)中伸展身體展現(xiàn)歡樂(lè)的自我，成為一種不可或缺的社會(huì)風(fēng)尚，借用技術(shù)輔助方法學(xué)習(xí)各舞種的風(fēng)格及基本步成為必不可少的手段。以上研究了3dsmax軟件CAT角色系統(tǒng)在開(kāi)發(fā)舞者舞蹈動(dòng)作組合過(guò)程中遇到的幾個(gè)重要技術(shù)問(wèn)題，利用三維軟件調(diào)整角色足跡、身體運(yùn)動(dòng)走向，很方便地描述和編排復(fù)雜的舞蹈時(shí)空關(guān)系，開(kāi)發(fā)模擬新穎的分解動(dòng)作及組合，為計(jì)算機(jī)專業(yè)人員開(kāi)拓模擬體育運(yùn)動(dòng)類(lèi)項(xiàng)目提供了一種方法，并為日后能在Unity3D等游戲引擎軟件開(kāi)發(fā)交互式舞蹈動(dòng)作學(xué)習(xí)應(yīng)用軟件，編輯新穎的舞蹈動(dòng)作等虛擬產(chǎn)品打下良好的基礎(chǔ)。

參考文獻(xiàn)：

[1] 左旭.信息技術(shù)在舞蹈教學(xué)中的運(yùn)用[J].藝術(shù)評(píng)鑒，2019（13）：112-113.

[2] 王珂.全視頻3ds Max游戲設(shè)計(jì)與制作深度剖析[M].北京：清華大學(xué)出版社，2013.

【通聯(lián)編輯：朱寶貴】