三維動畫模型制作的混合建模流程探討

高 彬

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三維動畫模型制作的混合建模流程探討

高 彬

（漳州職業(yè)技術學院 人文社科與藝術系，福建 漳州 363000）

要制作出一個優(yōu)秀的三維動畫模型需要具備藝術修養(yǎng)和軟件技術，同時不能忽略制作方法及工作流程的總結和提煉。本文分析了各種制作方法，初步提出混合建模的工作流程，以探索三維動畫模型的制作方法。

三維動畫；混合建模；工作流程

1 動畫的概念與形式

動畫是人類精神娛樂的產(chǎn)物，它是一種綜合藝術門類，集合了繪畫、漫畫、電影、數(shù)字媒體、攝影、音樂、文學等眾多藝術學科。動畫的原理與電影、電視一樣，是通過快速播放連續(xù)的畫幅，造成視錯覺，從而讓人和物以運動的形式呈現(xiàn)在觀眾的眼前。

動畫從制作形式上分為二維動畫和三維動畫，二維動畫制作是傳統(tǒng)的動畫制作方式，它通過各種方式逐一制作連續(xù)的畫面，從而完成畫面的運動。三維動畫制作方法是在二維動畫的理論基礎上形成的動畫制作方式，它能在一個虛擬的立體空間里，創(chuàng)建出立體的三維事物，并允許我們從各個不同的角度來觀察和渲染事物。所以，只需要制作出一個事物模型，就可以通過計算機從不同的角度來繪制它，由此，大大的提高了動畫的工作效率。

現(xiàn)今，三維動畫已成為世界動畫制作的主流，如何制作出一部優(yōu)秀的三維動畫，也成了動畫工作者們不斷探究的課題。

2 動畫模型是三維動畫的基礎

在三維動畫中，動畫模型是必不可少的，大到整個城市，小到地上的小草，都是動畫模型的一部分，三維動畫最終所呈現(xiàn)在觀眾面前的視覺畫面，都是依托著各種各樣不同的動畫模型表現(xiàn)出來的，動畫模型從種類上可分為環(huán)境模型、道具模型、角色模型。其中，環(huán)境模型主要是制作動畫中的場景素材，包括建筑、山、樹等，這類模型構成了整個虛擬的三維世界。道具模型主要賦予動畫中不同角色所操作的各種物件，如武士要用的劍，農(nóng)民用的鐮刀、工人使用的錘子、家庭主婦用到的鍋碗瓢盆等，這些使得虛幻的三維世界更加生動，讓三維動畫看起來更真實。角色模型可以稱得上三維動畫模型中的核心部分，動畫所表達的內(nèi)容，都是通過動畫角色以各種不同的形態(tài)特征與肢體語言展示出來的。當然，動畫中的角色畢竟有別于現(xiàn)實中的角色，原因在于動畫具有虛擬的特點，所以角色往往超出現(xiàn)實的范疇，可以是人、動物、怪物，亦可以是一把看似普通的椅子。這三種類型的模型構成了虛擬的三維世界，動畫模型制作的好壞很大程度上決定了三維動畫最終質(zhì)量的優(yōu)劣，因此，如何更好的制作出優(yōu)秀的動畫模型，一直是三維動畫模型工作者不斷追求的目標，如圖1。

圖1 三維飛機模型

3 混合建模的特點和意義

動畫模型的制作既可以是單一方法建模，也可以是混合方法建模，也稱為混合建模。所謂混合，就是兩種或多種不同的建模方法綜合的運用。建模就是用數(shù)字的方式建構事物模型?；旌辖＜淳C合運用兩種或多種不同的方法建構事物的模型?；旌辖Ｊ且环N工作方式，它綜合運用了不同的方法和軟件，進行模型的制作，其目的就是為了提高工作效率、促進團隊協(xié)作。

綜合運用并不是同時運用所有的建模方法，而是根據(jù)實際建模需要，選擇適合的方法組合起來，形成一個合理高效的工作流程。因此，組建合理的工作流程顯得尤為重要。在眾多繁瑣的三維動畫模型制作中，為了提高效率和質(zhì)量，建模不應只拘泥于一種方法，應該根據(jù)自身對軟件的運用特點和操作習慣，組織一條合理有效的工作流程，這樣可以以較快的速度制作出優(yōu)秀的模型。在大型的動畫團隊中，技術總監(jiān)為了提高效率，往往會專門為團隊組建適合的工作流程，這個工作流程不僅為了提高效率，更重要的是為后期的修改提供方便，更好的促進團隊的協(xié)作。

4 混合建模工作流程的組建思路及分析

混合建模工作流程的組建，首先必須分析工作需求，提煉出工作中的重要環(huán)節(jié)，重點分析每個環(huán)節(jié)的工作標準，并根據(jù)標準尋找適合的軟件，根據(jù)不同制作方法的優(yōu)劣，重組先后順序，最后設計出合理的工作流程。下面就簡要的分析三維動畫模型制作。

三維動畫模型制作主要由三個重要環(huán)節(jié)組成。分別是：動畫白模的制作、UV的展分、貼圖的繪制。通過這三個環(huán)節(jié)，就可以完成一個三維動畫成品模型。

首先是動畫白模的制作，動畫白模是指只有形體結構，沒有顏色紋理的動畫模型。在制作過程中，首先要求動畫模型設計師能夠?qū)⑵矫娴母拍畈輬D準確生動的通過三維立體模型的方式表現(xiàn)出來，其次，在概念草圖的基礎上進行二度創(chuàng)作，設計出更加合理生動的細節(jié)，如圖2。

圖2 動畫白模

動畫白模是為了繪制貼圖和動畫做準備的，這就要求模型不單形體準確，同時也要具備合理的模型拓撲布線。[1]如果沒有合理的模型拓撲布線，就會導致模型貼圖產(chǎn)生拉伸和模型動畫產(chǎn)生錯誤。（如圖3）現(xiàn)今最主流的數(shù)字建模方式主要有多邊形建模方式、曲面建模方式、細分曲面建模方式和筆刷雕刻建模方式。其中，多邊形、曲面和細分曲面是三種不同的模型成型方法，有著各自的建模系統(tǒng)。例如，多邊形建模是最普遍的一種建模方法，容易掌握，通過移動模型上的點、線、面改變模型的外在形態(tài)，操作起來自由度很高，可隨意的加入單個或多個的點、線、面，改變形體。它的缺點是最終圓滑模型需要非常高的面數(shù)支持，消耗很大的電腦內(nèi)存，其次在建模過程中容易讓人在繁瑣的點、線、面里迷失最初的創(chuàng)作靈感。曲面建模方式在電影產(chǎn)業(yè)里運用較廣，它具有嚴格的模型布線規(guī)范，避免了模型出現(xiàn)非法的多邊面，能用較少的面數(shù)塑造出形體圓滑的動畫模型，很大程度上節(jié)約了電腦資源。[2]同時，允許在不改變模型的外形情況下，重新設置模型的面數(shù)，最大程度的提高了對模型面數(shù)的控制。然而，由于操作過程需要較多的命令輔助，曲面建模方式的學習耗時較長，同時，在建模中也存在一些問題，比如：曲面建模制作形體復雜的模型時，需要使用多個不同的面片拼合模型，不同模型面片間往往由于不是一個整體模型而產(chǎn)生面片邊緣接縫問題；還有由于不允許添加單個的不連續(xù)的點、線、面，而增大了改變形體的難度；其次對模型貼圖UV的控制力不高，導致在貼圖繪制方面的不便等。細分曲面是在多邊形建模和曲面建?；A上發(fā)展起來的一種建模方式，它融合了以上兩種建模方式的優(yōu)點，能用很少的面數(shù)塑造出圓滑的模型，同時也很方便細節(jié)的修改。雖然如此，仍存在著諸如不易控制模型的面數(shù)、產(chǎn)生面數(shù)的浪費和不合理的多邊面等問題。筆刷雕刻建模是模擬現(xiàn)實雕塑方法的動畫建模方式。筆刷雕刻建模方式[3]，主要是把建模師從繁瑣的點、線、面的世界中解放出來，模擬現(xiàn)實雕刻的狀態(tài)，通過數(shù)字畫筆在模型表面上進行形體的塑造，自由度很高，可以創(chuàng)作出豐富的模型細節(jié)，大大提高動畫模型的質(zhì)量。但是對面數(shù)的要求極高，需要很高的面數(shù)支持才能塑造出高細節(jié)的模型。

其次是UV的展分，在三維模型上繪制貼圖需要準確的紋理坐標，紋理坐標通常具有U和V兩個坐標軸，因此稱之為UV坐標。在這個部分，要求賦予模型一套合理的、沒有重疊的、接縫分步合理的、貼圖拉伸最少的UV坐標。（如圖4）展分UV主要分為手動展分和軟件自動展分兩種方法。手動展分的優(yōu)勢是操作者的自主性大，能夠明細UV的分步和擺放，自主解決貼圖局部拉伸的問題，但是手動展分非常消耗時間，且大量的重復的工作容易使人產(chǎn)生厭倦感。比較而言，軟件自動展分UV成倍的提高了展分UV速度[4]，也能很好的解決貼圖拉伸的問題，但對局部的操控性較低，在局部UV拉伸上存在缺陷。

最后是貼圖的繪制?，F(xiàn)實世界中，每個物體都有著特有的色彩，同屬水果的梨和蘋果的顏色就大有不同，同種類物體的色彩也不完全統(tǒng)一，物體受到各種因素的影響，其呈現(xiàn)出的色彩就具有不同肌理。在三維動畫模型中，需要繪制特有的色彩紋理，用于表現(xiàn)不同物體的色彩特征。這一環(huán)節(jié)要求動畫模型設計師提煉物體的色彩，把最具特點和美的一面展示出來，使人們感受到物體的質(zhì)感。（如圖5）三維動畫模型的貼圖繪制主要有間接繪制和直接繪制兩種方法，間接繪制是指根據(jù)物體的UV坐標輸出一張平面圖，在平面處理軟件里進行色彩紋理的繪制，這樣可以很好的運用平面軟件強大的圖像處理功能，繪制出合理的色彩紋理，但是具有不直觀的缺點，紋理較難控制在合理的位置上，而且貼圖的接縫和拉伸問題很難解決。直接繪制是指直接在三維動畫模型上進行紋理的繪制，具有直觀，方便的特點，能很好的解決貼圖的接縫和拉伸問題，但是在繪圖畫筆的設置上和圖像的處理上不如間接繪制便捷。

圖3 動畫模型布線圖

圖4 動畫模型UV貼圖

圖5 動畫模型顏色貼圖

圖6 最終模型

5 混合建模的方法

對工作的需求和各種方法的分析，可以比較清楚的了解到，在三維動畫模型制作的每個工作環(huán)節(jié)里，所需完成的事項，分析了各種不同制作方法的優(yōu)劣，那么，如何制定出既符合行業(yè)標準，又盡可能提高工作效率的工作流程呢？筆者為此做了設計混合建模的工作流程，參見圖7。

第一步，建立基礎模型庫。所謂基礎模型，即按不同的種類（如：兩足動物、四足動物、家具、植物等）制作最初級的模型，以便通過初級的模型制作各種不同樣式的三維動畫模型，提高工作效率?；A模型的制作，可先運用曲面建模方式把動畫模型布線處理規(guī)范、運用任意整體增加減少模型面數(shù)的優(yōu)勢，快速的制作出具有均勻四邊面的基礎模型。

第二步，高細節(jié)模型的制作。把動畫模型外形細節(jié)刻畫和動畫模型拓撲布線分開，安排在不同階段完成。運用筆刷雕刻建模方式在基礎模型上進行造型雕刻，最大程度的提高制作模型造型和細節(jié)的速度，制作出具有高細節(jié)的模型。

第三步，三維動畫白模制作。在高細節(jié)模型的基礎上，通過拓撲軟件對模型的布線進行重組，解決模型拓撲不合理的問題，最終完成了三維動畫的白模。

第四步，UV的展分。把三維動畫的白模導入到自動拆分UV的軟件中，合理的裁切模型UV，分配UV接縫的位置，進行自動的UV拆分，完成后再返回到三維動畫軟件中檢查UV分布情況，對局部進行手動的UV調(diào)整。

第五步，白模細節(jié)制作。把做好的高細節(jié)模型和基礎白模同時導入烘培法線貼圖的軟件里，通過法線烘培技術，把高面數(shù)模型的外形細節(jié)通過法線貼圖的形式轉(zhuǎn)移到動畫白模上。這時的三維動畫白模既有生動造型和豐富細節(jié)，又具有合理拓撲。

第六步，色彩與紋理的制作。把物體的色彩特征分解為黑白光影結構和色彩紋理，通過三維軟件，為動畫白模打上適合的燈光，使動畫白模的表面反映出基礎的黑白光影信息，再通過軟件的烘培功能，把動畫白模表面的燈光陰影信息烘培到一張平面的貼圖紋理上，在平面繪圖軟件，在燈光陰影貼圖參考的基礎上，通過素材疊加和手繪紋理的方式，處理色彩的配置與紋理的細節(jié)。

第七步，完善模型。把完成的模型和貼圖導入三維貼圖繪制軟件，直觀的在三維動畫模型上繪制和修改貼圖，對貼圖的邊緣進行處理，完善模型的貼圖細節(jié)，完成三維動畫模型（如圖6）。

以上的七個步驟通過對工作任務和制作方法的分析后設計出來的混合建模工作流程，綜合運用了各種方法的優(yōu)勢，針對不同方法存在的問題，揚長避短。運用這個流程上，能在一定程度上提高三維動畫模型制作的質(zhì)量和效率。當然，這并不一定是最完善的混合建模流程，隨著三維動畫技術的發(fā)展，三維混合建模工作流程也將不斷的修改和完善。

圖7 混合建模工作流程圖

6 結束語

三維動畫模型的制作方法多種多樣，隨著動畫產(chǎn)業(yè)化的發(fā)展，提高制作的效率成為了動畫模型工作的重點。工作流程的提煉和總結，能大幅度的幫助模型工作者提高工作效率。軟件技術和藝術感覺是混合建模工作流程的兩個重要部分，工作流程應隨著制作技術的更新和制作思路的拓展，而不斷深化和更新。 圖7混合建模工作流程圖

[1] 廖尚恒，阮宜揚，孟靖民，等.IDMT Maya4.5高級教程[M].北京：希望電子出版社，2002.

[2] 房海山.MAYA影視制作高級實例教程[M].北京：中國電力出版社，2004.

[3] Scott Spencer著.杜玲，楊越譯.Zbrush角色塑造：高級數(shù)字雕刻[M].北京：人民郵電出版社，2009.

[4] 張宇.3ds Max 游戲美術制作火星課堂[M].北京：人民郵電出版社，2009.

The discussion of hybrid modeling workflow by 3D animation

GAO Bin

(Humanities and Arts Department, Zhangzhou Institute of Technology, Zhangzhou, Fujian 363000，China)

To produce a good model of 3D animation requires artistic training and software operating skills.At the same time,we can not ignore the review and refinement of modeling methods and working flow.This article analyzes the various of modeling methods, initially proposed hybrid modeling workflow, in order to explore the methods of modeling 3D animation.

3D animation；hybrid modeling；workflow

TP317.48

A

1673-1417（2011）04-0006-04

2011－09－16

高彬（1982－），男，福建漳州人，助教，學士，從事動漫制作教學與研究工作。

（責任編輯：季平）