芻議Maya角色建模關(guān)鍵技術(shù)的應(yīng)用

三維動畫創(chuàng)建的虛擬世界實現(xiàn)了對于虛擬物體及其運動的再現(xiàn)，它利用計算機生成的動畫能達到以假亂真的程度。本文著重研究三維動畫角色設(shè)計中應(yīng)用到的關(guān)鍵技術(shù)，如角色建模、角色綁定、蒙皮等，并重點講述角色的骨骼綁定，這是動畫制作至關(guān)重要的地方，也是比較復(fù)雜部分，骨骼綁定的好壞完全牽連到角色運動的自然和流暢。

【關(guān)鍵詞】三維動畫 角色設(shè)計 建模

在動畫角色設(shè)計中，經(jīng)常首先用到Polygon（多邊形）或NURBS（曲面）等建模方法對角色原型進行設(shè)計，隨后再創(chuàng)建骨骼、綁定，最后蒙皮。

1 Polygon建模

最簡單的動畫模型存錢小豬，就是利用Extrude（擠出）工具，這是當(dāng)物體需要添加新的面時，很多情況下我們都是用Extrude（擠出）這個命令，從原物體的表面通過Extrude（擠出）來創(chuàng)建新的面。

以對小豬建模為例，對擠出的面進行調(diào)整，之后繼續(xù)對面進行Extrude（擠出）命令擠出小豬的鼻子，對圓柱體側(cè)面進行Insert Edge Loop Tool（環(huán)形切割工具）命令使其呈現(xiàn)出多個面，再對它的四肢，耳朵以及尾巴部位進行Extrude（擠出）命令，之后在進行Smooth（平滑）操作得到，具體效果見圖1和圖2。

2 NURBS（曲面）建模

NURBS（曲面）建模與Polygon（多邊形）建模不同，NURBS（曲面）建模的過程更像是一個連續(xù)的生產(chǎn)線，它需要按照固定的順序來進行合理的制作NURBS是曲線和曲面的一種數(shù)學(xué)描述，在Maya中進行NURBS建模的方式主要有兩種：其一是在Maya提供的原始物體上使用移動，旋轉(zhuǎn)和縮放工具對物體上的控制點進行移動，旋轉(zhuǎn)和縮放等操作，再通過雕刻的方式來創(chuàng)建所需要的模型；第二種方法就是通過形成物體的外輪廓的曲線框架，然后使用NURBS曲面上的工具在曲線形成的構(gòu)架上生成曲面來完成模型的創(chuàng)建。

有些場景的設(shè)計用NURBS來建效率會更好點，如盤子，桌子的靠背，花盆等（見圖3和圖4）。這種建模方式能夠完美的表現(xiàn)出模型的曲面，可以使模型表現(xiàn)出的效果更光滑和準確，滿足高精度建模要求。

3 動畫骨骼的創(chuàng)建

在創(chuàng)建完三維模型之后，接下來的工作就是模型的綁定。在考慮創(chuàng)建的模型所需特征的基礎(chǔ)上，還需考慮角色模型的所需要的運動特征，身體各部分的運動，以及角色的靈活性等。以番茄為例，具體的做法是在番茄模型的正中心單擊創(chuàng)建根關(guān)節(jié)，然后創(chuàng)建番茄模型四條肢體鏈，肢體鏈是由一個根關(guān)節(jié)和多個關(guān)節(jié)鏈組成的，肢體鏈是一種樹狀結(jié)構(gòu)。將四個肢體鏈中的根關(guān)節(jié)與番茄模型正中的根關(guān)節(jié)做父子關(guān)系，這樣就可以通過番茄模型正中心的根關(guān)節(jié)來控制它四條肢體鏈的移動了。具體方法是單擊一條肢體鏈中的根關(guān)節(jié)，按住shift并單擊位于番茄模型中心的總根關(guān)節(jié)，再按鍵盤上的P鍵，就創(chuàng)建了番茄關(guān)節(jié)的父子關(guān)系。以此反復(fù)4次。這樣番茄的骨骼就創(chuàng)建完成了，見圖5。

4 動畫角色的綁定

在角色動畫中的骨骼運動遵循動力學(xué)原理中主要有正向動力學(xué)（FK）和反向動力學(xué)（IK）這兩種類型。下面就以番茄的綁定為例：首先選擇Skeleton＼IK Handle Tool菜單命令創(chuàng)建IK手柄。打開其屬性面板Tool Settings進行IK手柄的屬性設(shè)置。在Current solver（當(dāng)前解算器）選項下有ikSCsolver和ikRPsolver這兩種解算器。ikSCsolver這種解算器會創(chuàng)建一個IK單鏈手柄，可以用來調(diào)整骨骼的位置。而ikRPsolver這種解算器會創(chuàng)建一個IK旋轉(zhuǎn)平面手柄，它具有方向性，可以通過它調(diào)節(jié)骨骼運動的方向。選擇ikRPsolver這種解算器給番茄進行綁定，這樣可以控制番茄四肢骨骼運動的方向，便于操作，以防番茄在運動時伸展方向發(fā)生錯誤。

5 動畫角色的蒙皮

所謂蒙皮就是用蒙皮工具將角色的模型同我們?yōu)榻巧珓?chuàng)建的骨骼系統(tǒng)綁定在一起的過程。經(jīng)過這道工序后，角色的模型就會隨著骨骼運動，通過角色的移動就能制作成動畫了。蒙皮是使番茄的骨骼與皮膚連接的重要部分，決定著最后動畫效果的真實感。以番茄為例，首先選擇番茄的模型，再選擇番茄關(guān)節(jié)的根關(guān)節(jié)，在Animation模塊下選擇Skin＼Bind Skin＼Smooth Bind（平滑蒙皮）命令。平滑蒙皮命令是角色蒙皮應(yīng)用最多的一種蒙皮方式。當(dāng)番茄骨骼和番茄的模型進行平滑蒙皮之后，番茄的運動將由它骨骼的權(quán)重點來進行控制。

這時番茄已經(jīng)蒙皮成功，但是我們會發(fā)現(xiàn)，當(dāng)我們移動ik時番茄模型不能很好的跟隨骨骼移動，這就需要我們通過修改蒙皮的權(quán)重點來達到骨骼對番茄模型的有效控制。選擇番茄模型，執(zhí)行Skin＼Edit Smooth Skin＼Paint Skin Weights Tool（筆刷權(quán)重工具）在彈出的Tool Setting筆刷工具面板中可以選擇番茄模型對應(yīng)的關(guān)節(jié)，進行權(quán)重的噴刷任務(wù)，其中番茄模型白色的部分表示權(quán)重的控制權(quán)最大，數(shù)值為1；番茄模型黑色的部分表示目前皮膚不受當(dāng)前骨骼的影響，數(shù)值為0；而灰色的部分則表示目前皮膚受關(guān)節(jié)的權(quán)重影響在0-1之間。通過顏色的不同，可以清晰的看出角色番茄哪一個骨骼控制模型的哪一個部分的運動。在實際操作中，筆刷在繪制權(quán)重時主要運用了下面4種模式：Replace、Add、Scale、Smooth，通過這四種方式的反復(fù)使用，可以讓番茄在運動時變形彎曲處更加的光滑，運動起來更加自然；整體的蒙皮效果見圖6。

總之，在三維角色動畫的設(shè)計上，除了建模外，在動畫制作上我們更應(yīng)該注意角色在它各個部位上的邏輯關(guān)系，是哪個部位先動，那個部位后動，同時動畫制作的的軌跡、時間、方向也要符合動作的運動規(guī)律等。最后就是對色彩的把握，對于一部三維動畫來說色彩的把握是至關(guān)重要的，色彩能夠直接影響觀眾的心情，如果把握的好，那么能夠直接把觀眾帶入動畫所營造的氛圍中。

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作者簡介

王世運，海南省定安縣人?，F(xiàn)為海南熱帶海洋學(xué)院實驗師。主要研究方向為數(shù)字媒體開發(fā)、網(wǎng)站開發(fā)。

作者單位

海南熱帶海洋學(xué)院 海南省三亞市 572022