簡析三維動畫短片《再見小時候》中的角色骨骼綁定

康金

摘要：骨骼綁定是三維動畫制作中極為重要的一個環(huán)節(jié)。Character Studio是3ds Max中最常用的骨骼系統(tǒng)模塊，它可以為角色創(chuàng)建骨骼對象，設置蒙皮以及編輯動畫效果，并且還可以制作大型場景的群集動畫。cs骨骼在使用設置時有很大的可調(diào)節(jié)性，它可以更改兩足動物的脊椎骨骼數(shù)量，腳趾手指的骨骼節(jié)數(shù)，也包括有無尾巴的骨骼。筆者在短片制作中采用了cs骨骼對角色主體進行綁定，附件部分使用二級骨骼結(jié)合反向動力學以達到更加精確的動作控制。

關鍵詞：三維動畫;角色;骨骼綁定

中圖分類號：J954;TP391.41 文獻標識碼：A 文章編號：1005-5312（2019）14-0080-02

一、角色骨骼綁定的前期準備

在前期動畫的角色設計階段，需要考慮到后面的制作環(huán)節(jié)。為了合理規(guī)劃時間，減少工作量，筆者對《再見小時候》中的角色進行了多次修改，尤其是小女孩的形象，小女孩的發(fā)型從扎兩個辮子減少到扎一個辮子，包括衣服的款式也參考了很多圖片進行多次修改。為了減少后期動畫制作時角色關節(jié)穿插變形的問題，短片中角色的設計四肢都較瘦。對于模型的布線，應盡量避免三角面和五邊面的出現(xiàn)，關節(jié)處的布線可以稍密，這樣當角色動起來的時候才更為自然。

二、角色骨骼綁定

（一）骨骼系統(tǒng)

骨骼系統(tǒng)是用于制作角色動畫的重要工具，可以進行骨骼創(chuàng)建、骨骼尺寸比例調(diào)節(jié)、骨骼屬性調(diào)節(jié)等。3ds Max中骨骼的創(chuàng)建主要有三種方法：一是使用Character Studio（簡稱：CS）骨骼即兩足動物骨骼，另一種是使用CAT骨骼系統(tǒng)，里面帶有兩足、四足以及昆蟲等骨骼。最后一種方法是自由創(chuàng)建骨骼。我們可以根據(jù)角色的需要選擇創(chuàng)建方法。

（二）主體骨骼的設置

《再見小時候》短片中主要使用了cs骨骼創(chuàng)建以及自由創(chuàng)建骨骼的方法進行角色的骨骼綁定。首先，角色的身體部分使用系統(tǒng)自帶的cs骨骼，衣物則采用添加部分二級骨骼來完成骨骼設置。例如小男孩的褲子和小女孩的裙子，都進行了二級骨骼的綁定設置。對于這兩部分進行了骨骼設置而沒有選擇使用布料解算，主要原因是布料的解算比較耗費時間資源，而且其結(jié)果有著一定的不可預知性，非常容易出錯。選用二級骨骼來控制小男孩的褲子和小女孩的裙子可以更加明確衣服與身體的位置關系。

小男孩褲子部分的二級骨骼創(chuàng)建如圖1所示，筆者創(chuàng)建了2節(jié)骨骼圍繞小男孩的腿部一周，一共6組骨骼12節(jié)。分別把這些二級骨骼的根部都鏈接給了小男孩的腿骨上。之前也嘗試把它們都鏈接給小男孩的胯骨上?？墒前l(fā)現(xiàn)角色一旦走動，大腿動了，褲子卻不跟著動，有很嚴重的穿插問題。所以還是把褲子部分的二級骨骼鏈接給了大腿骨骼。

小女孩的裙子部分的骨骼創(chuàng)建如圖2所示，創(chuàng)建了3節(jié)骨骼。圍繞著小女孩腰部一周共8組24節(jié)骨骼。因為小女孩的裙子比小男孩的褲子要長，而且動的幅度比小男孩大的多，所以創(chuàng)建的時候比男孩多一節(jié)，骨骼的間距也比小男孩的小一些，這樣控制裙子的運動會更加精確一些。小女孩裙子部分的根骨骼則都鏈接給最靠近它的脊椎骨。脊椎骨則可以帶動整個裙子的骨骼運動，再調(diào)節(jié)二級骨骼來控制裙子更加細微的變化。

（三）附件骨骼的設置

從對運動控制的性質(zhì)來分，3ds Max有正向動力學（簡稱FK）和反向動力學（簡稱IK）兩種模式。正向?qū)蛹夑P系的特點是動作單向傳遞，由父級向子級傳遞。在反向動力學中，父級與子級的傳遞是雙向的，父級與子級的運動會互相影響。3ds Max里共有6種反向動力學控制模式，分別是交互式IK、應用式IK、HD解算器、Hl解算器、IK肢體解算器、樣條線IK解算器。HD解算器主要用于機械動畫的設定，Hl解算器主要用于四肢骨骼的IK設定。IK肢體解算器主要用于分支關節(jié)的設定，樣條線IK解算器主要用于柔體變形骨骼的設定。

對于角色附件部分的骨骼設置，筆者不僅創(chuàng)建了二級骨骼，還加上了反向動力學。像小男孩的水壺部分的骨骼，筆者嘗試了很多方法來綁定，效果都不太理想。如果直接創(chuàng)建二級骨骼來控制，小男孩一旦有彎腰的動作，水壺的背帶則會出現(xiàn)很大的拉伸。幾經(jīng)探索，最終選擇在創(chuàng)建二級骨骼的基礎上設置Hl解算器，并且還創(chuàng)建了一些Dummy來控制骨骼，這樣更方便進行水壺的動畫制作。設定方法如圖3所示。小女孩的頭發(fā)部分，也使用相同的方法來設置，在創(chuàng)建了二級骨骼的基礎上加HI解算器，再把頭發(fā)部分的跟骨骼鏈接到了小女孩的頭部骨骼，創(chuàng)建Dum-my來精確的調(diào)節(jié)頭發(fā)的位置。為了更加方便和快捷，小女孩頭發(fā)部分的HI解算器還添加了彈性屬性。當小女孩的頭部運動時，不用調(diào)節(jié)頭發(fā)的骨骼也可以通過Hl的彈性跟隨頭部的軌跡進行運動，這就極大的減少了頭發(fā)部分的動畫工作量。設置效果如圖4所示。通過使用cs骨骼對角色身體進行控制，再在角色的附件部分創(chuàng)建二級骨骼，附帶反向動力學的Hl解算器使得角色的運動更加自然流暢。

三、制作中遇到的問題及解決策略

雖然筆者對角色的骨骼進行了詳細的設置，但在后期給角色Key動畫的時候還是出現(xiàn)了一些不可避免的問題。

首先，小男孩褲子的二級骨骼雖然精確了褲子運動的位置，卻大大增加了Key動作時的工作量。并且小男孩有較大動作的時候，褲子被骨骼控制時出現(xiàn)了很多穿插。于是，筆者采用給小男孩褲子Key Poss的方法，解決了這一問題。

再者，小女孩頭發(fā)部分骨骼加Hl解算器的設置確實為筆者節(jié)約了不少動畫工作量。但因角色的初始狀態(tài)Key了O幀，角色動作都是從第一幀開始，所以第1幀的動作與第0幀的差距太大，小女孩的頭發(fā)會出現(xiàn)被IK拉到極致的狀態(tài)。只有等到4、5幀的時候，頭發(fā)的IK才會因為彈性而恢復正常。解決方法是把初始動作的“O幀往前拖幾幀或者給小女孩控制頭發(fā)的Dummy，O幀和第1幀分別Key一下位置，就可以解決上述問題。

四、結(jié)語

在《再見小時候》這部動畫短片中，筆者所采用的骨骼設置方法只是三維動畫角色多種綁定方法中的一種。使用創(chuàng)建骨骼搭配反向動力學以及彈性屬性來對附件部分的動畫控制是本文的一個創(chuàng)新點。實際上，三維動畫的角色骨骼設置，還有更多更為優(yōu)化的方法有待我們?nèi)グl(fā)現(xiàn)，只是仍需要大量的實踐與總結(jié)。