MAYA動畫制作中的一些技法分析

賈曉東

摘 要：Maya與其他的三維軟件有很多不同的地方，首先，Maya的操作平臺基于Windows NT這樣的操作更簡便。同時，Maya獨一無二的工作界面使操作更直觀，利用了窗口的所有空間并將其發(fā)揮到極致，快捷鍵的合理組合使動畫制作事半功倍。制作起來，Maya相對來說比較穩(wěn)定，它對計算機(jī)的硬件利用率也比較高。Maya不僅有類似于其他三維軟件的普通建模功能，還具備了高級建模的能力。Maya在燈光、攝像機(jī)、材質(zhì)等方面的表現(xiàn)也不俗，模擬燈光更加真實，可調(diào)參數(shù)更突出；特技燈光種類更豐富更具有吸引力。攝像機(jī)的功能和參數(shù)更加專業(yè)，如鏡頭、焦距、景深等特殊功能是其他軟件不具備的。

關(guān)鍵詞：MAYA；建模；動畫；燈光

MAYA在動畫、電影方面的制作流程如下：

原圖→故事版→建?！鷦赢嫛?D繪圖→渲染→后期聲音→錄音

首先，根據(jù)腳本、企劃，用線把角色的線稿畫出來，根據(jù)故事版確定的腳本，畫出其場景，再在計算機(jī)上制作出其音響、場景、視頻，最后在電腦上完成其建模、動畫、渲染輸出過程。

1 建模

建模就是在計算機(jī)上制作出虛擬的三維物體，環(huán)境，場面的空間表現(xiàn)。一般在電影中，可在計算機(jī)上用建模的方法制作一個都市或風(fēng)景，這是普遍的方法，把腦中假象的事物在計算機(jī)上加工制作，形成一個完美的三維形象，讓觀察有一個形象的直觀感受。制作者以線框圖的形式來表現(xiàn)視覺界面，線框圖以點、線、面為單位來實現(xiàn)復(fù)雜的形態(tài)變形，形成精密的模型。由點和點之間的距離形成的三角邊，再構(gòu)成三角面。表面的構(gòu)成要素是參考線、片、CVS，參考線由參考曲線構(gòu)成命名，物體表面U方向上構(gòu)成的線，CV是指表面上可見的編輯點形成的交叉點。片是指由4個鄰近的參考線圍成的區(qū)域。CVS是指曲線和相似的NURBS表面的形態(tài)，調(diào)節(jié)而成的CV線，各個面根據(jù)曲線的角度，特定的CV數(shù)可以進(jìn)行調(diào)節(jié)。如果想要增加CV的數(shù)量，可以插入?yún)⒖季€或者能增加表面的角度。表面建模的長處是內(nèi)部不能填充，可以生成更加自由的曲面達(dá)到更精確的模型。曲面細(xì)分與多邊形相似，對于形狀有更加高的控制水準(zhǔn)，只有模型的復(fù)雜區(qū)域里面能使用幾何圖形，曲面建模皺褶和四角形可以作為相同的空間模型來使用。曲面細(xì)分的連續(xù)性表現(xiàn)在曲面建模的表面做動畫的時候，在接縫處可以解決各種各樣的問題。然后通過骨骼可以綁定使用。曲線的構(gòu)成要素有控制點、編輯點、外殼、跨度。CV的兩個編輯點從連接的直線開始，來決定曲線的松緊程度。這種曲線形態(tài)的調(diào)節(jié)是非?；?、重要的手段?？刂泣c數(shù)根據(jù)曲線的角度來決定。在MAYA里曲線開始和結(jié)束的差異，是通過充滿控制點的區(qū)別來標(biāo)示的，對于曲線的開始點，是由控制點的立方體形態(tài)來體現(xiàn)，從開始點開始，以U方向來增加點的數(shù)量，以小寫字母u來標(biāo)示，余下的點全部以小點來標(biāo)示。通過若干的曲線跨度可看到許多的曲線編輯點，兩個跨度間的連結(jié)點用編輯點來標(biāo)示。MAYA里用小寫x表示編輯點，在多種多樣的二維手繪中使用的貝茲曲線上的調(diào)節(jié)點和曲面建模的編輯器都能用來編輯曲線。CV用來調(diào)節(jié)曲面建模曲線的形態(tài)，曲線上各種編輯點只能標(biāo)示跨度。

為了表示CV間的相互關(guān)系，在MAYA里用線來連結(jié)CV，這些線叫作外殼，在復(fù)雜的場景中可以標(biāo)示CV的順序，可以變更模型的一部分，CV的一條線一次全部選中后可以挪動，編輯點之間的區(qū)間就叫跨度。三維建模的制作方法可以分為變形、合并，提供的基本形以點、線、面為單位來構(gòu)成模型，其他建模方法還有放樣、車削、變形球、彎曲、布爾、分形，用這些方法可以更便捷的得到模型。放樣是對于封閉曲線或多角形，任意軸方向的高度來建模，把文字的外輪廓線來做成有厚度的LOGO，用同樣的方法，倒角可以用厚度、高度把側(cè)面的傾斜做出來。變形是指模型周圍大多數(shù)的格子點按比例移動來形成模型的特定部位，選中一兩個格子點來移動即可。

粒子是指物體的大小、位置等根據(jù)時間的流逝，用多樣化的變化物體做成霧氣、云朵、火、煙霧氣、樹、森林、火花，或下面的場景。粒子系統(tǒng)把二維的元素集中起來，形成運動的物體，根據(jù)粒子的性質(zhì)，特別是尺寸的設(shè)定，最終形成。隨著時間流逝，根據(jù)設(shè)定粒子的位置變化、速度、色彩、消亡時間等的變化規(guī)則，呈現(xiàn)出的各種各樣的形態(tài)。

2 動畫

在三維圖形中，動畫是指物體的位置或?qū)傩郧‘?dāng)?shù)淖兓?，根?jù)時間的變化，通過建模來生成虛擬的物體，賦予其生命形態(tài)。動畫的基本原理就是，隨著時間的變化，物體的位置、屬性在關(guān)鍵幀上值的變化來自動生成中間值。

2.1 關(guān)鍵幀動畫

關(guān)鍵幀是指動畫的每個中間，具有明顯特征和提示作用的一幀，中間的幀是由軟件自動生成。關(guān)鍵幀補(bǔ)間法是指為了制作靜止幀的序列，在計算機(jī)上制作的動畫。這種動畫其實就是在計算機(jī)上制作的動畫，所包含的信息的平均值，即兩幀的中間幀來計算。補(bǔ)間動畫的方法不僅在空間內(nèi)可以看到物體的外形、屬性，還能計算位置信息。在模型上制作動畫或使用攝像機(jī)動畫，就可以使用關(guān)鍵幀動畫，動畫制作過程中在每一幀上可以用打關(guān)鍵點的方式來對模型或攝像機(jī)來做各種設(shè)定，通過關(guān)鍵幀之間的性質(zhì)和速度等在幀上的變化來實現(xiàn)。在關(guān)鍵幀之間幾個沒有指定的普通幀上可以用線性插值補(bǔ)間法和樣條曲線插值法。線性補(bǔ)間法是將關(guān)鍵幀中間幀的值開始持續(xù)到最后結(jié)束幀為止，根據(jù)一定比例變化成。曲線補(bǔ)間法是慢慢地開始變化到結(jié)束。所有的動畫電影、計算機(jī)圖形動畫都要用這種方法制作。在動畫制作中還要用到正反方向運動學(xué)，正向運動學(xué)是指根據(jù)幾個物體的分級構(gòu)造連接的模型，像其他一般動畫在制作動畫時，像調(diào)整物體的位置一樣，從物體的上方接連點開始到下方，接連點下降的同時，每個物體通過手動來調(diào)節(jié)。上方連接點移動時，下方連接點也開始移動，但是下方連接點移動時，上方連接點不動。反向運動學(xué)是指分級構(gòu)造末端的最下端物體受影響部位調(diào)整，到最上端固定點的低點連接的物體位置，施加力直到其在反方向產(chǎn)生影響，觀察物體的運動可以做出理想的動畫。

IK/FK混合是指制作者選擇了結(jié)合鏈和IK手柄后，通過FK形成結(jié)合鏈，在MAYA中用藍(lán)色標(biāo)示，通過IK動畫形成結(jié)合鏈用褐色標(biāo)示，IK和FK動畫混合的連接鏈用紫色標(biāo)示。IK混合屬性從0開始，F(xiàn)K動畫的值從1開始。

2.2 動態(tài)動畫

動態(tài)動畫是指為了體現(xiàn)自然力來使用物理學(xué)的方法，對物體施加動作，使物體移動的一種方式。MAYA里固有的語法“MEL”是指將建模動畫和動態(tài)效果的直接控制或補(bǔ)充。動態(tài)動畫能實現(xiàn)基本的關(guān)鍵幀動畫不能做的現(xiàn)實移動。例如，投擲的骰子，揮舞的彩旗，爆發(fā)的火焰。舞動的旗子是MAYA的柔體粒子中為了調(diào)節(jié)權(quán)重來使用的一種工具來制成的，比如風(fēng)或湍流等類似的自然力，或是一些有彈性的植物的制作都可用這種方法。柔軟權(quán)重為1時，軟體的形態(tài)總是目標(biāo)物體。柔體的個別粒子系統(tǒng)目標(biāo)權(quán)重調(diào)節(jié)后，柔體和目標(biāo)物體表現(xiàn)不一致，就要用筆刷來刷權(quán)重，結(jié)果揮動的旗子的動態(tài)動畫是指MAYA的筆刷工具個別粒子系統(tǒng)目標(biāo)權(quán)重值不同，這樣才能做出自然形態(tài)的效果。

3 渲染

渲染是指將三維模型的線框，用光、攝像機(jī)、材質(zhì)相結(jié)合的方法形成明暗交相變化的一種效果。渲染的過程是在建模和動畫制作完成后，來設(shè)置物體的各種屬性和質(zhì)感，最終打印出來圖片格式。渲染時要考慮的要素有照明、攝像機(jī)的調(diào)整、模型表面質(zhì)感，和顏色的選定等，一般來說，渲染的過程是用三維圖片系統(tǒng)的性能來決定的重要因素，同一個動畫和模型通過不同的渲染有很大差異。渲染的結(jié)果通過光線投射、跟蹤、輻射著色等各種渲染算法來使物體表面著色。

MAYA渲染的中心是由可見的材質(zhì)球中的材質(zhì)、燈光、渲染工具、特殊效果和相同的渲染節(jié)點來制作、編輯、連結(jié)而成，材質(zhì)結(jié)點網(wǎng)來具體實現(xiàn)。

燈光：三維圖形系統(tǒng)中，照明的效果一般是指實寫攝像中所強(qiáng)調(diào)使用的一種重要技能，在MAYA中設(shè)置現(xiàn)實中的場景燈光比較難，特殊角度照明或特殊照明效果都較難實現(xiàn)。MAYA中的照明首先通過三個點可以得到，三個點光源是指主光、輔助光、逆光構(gòu)成。主光是與普通輔助光相比，在人物附近位置形成的比輔助光更加亮的光，被照物體的明暗面可以表現(xiàn)出來，和其形態(tài)、表面的樣子、質(zhì)感也可體現(xiàn)。輔助光是通過主光來生成銳利或柔和的影子，或是通過光來實現(xiàn)各種效果。逆光是指從被照物體后面照射通過光來實現(xiàn)各種效果，可以清晰地看到物體輪廓線，通過背景可以柔和地看到被照射物體。環(huán)境光是指能使渲染的全體圖像都能被照亮，全體明光或是暗光都能表現(xiàn)。需要將直接光線和非直射光線組合，使用時就可以用環(huán)境光。

平行光指地球上太陽光能達(dá)到的平行方向光，能夠影響場景中全體點光源，其和在環(huán)境光中同一方向生成的影子是不同的。

點光源是從所有方向上發(fā)射的，在宇宙無限的小點上，排列個別使用的向四面八方發(fā)射光的點，在一個點上發(fā)射光是一種的放射型。側(cè)面照明或后面照明常使用，可用來產(chǎn)生一種全局的效果。

聚光燈是一種特殊形態(tài)的光，由圓形、四邊形來表現(xiàn)發(fā)出光，為了指定發(fā)射出的光線聚光燈可通過旋轉(zhuǎn)來調(diào)節(jié)。聚光燈的范圍是通過錐角來調(diào)整，光的強(qiáng)度減弱可以用“drop off”來實現(xiàn)。

區(qū)域光與其他光相比，渲染會花更長的時間，但是會產(chǎn)生高品質(zhì)的燈光和影子，是一個二維的矩形光源，其角度和位置決定燈的亮度，區(qū)域光的大小可用來調(diào)節(jié)光的強(qiáng)度。

體積光最大的優(yōu)勢是能將燈光范圍內(nèi)的空間以外的部分視覺化，在MAYA中使用漸變屬性可以控制光的淡化過程，不需要很多的減弱變化。體積光朝向的外面具有點光源的特征，下面有平行光的特征，使得燈光范圍控制可以變得更容易。MAYA中的陰影是以物體的基本色和多樣化后的形態(tài)來表現(xiàn)，陰影用黑色來變現(xiàn)，影子根據(jù)照明顯現(xiàn)出的色彩可使得透明效果更有實體的效果。

參考文獻(xiàn)：

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