粒子特效技術(shù)在教學(xué)演示動畫資源開發(fā)中的應(yīng)用

郭艷 張敏 陳靜怡

摘要：在數(shù)字媒體應(yīng)用技術(shù)飛速發(fā)展的今天，粒子特效技術(shù)以其特有的奇幻性、夸張性和流動性，廣泛用于影視、廣告設(shè)計(jì)，在教學(xué)資源的開發(fā)中，粒子特效技術(shù)還可用于實(shí)驗(yàn)實(shí)訓(xùn)動畫演示教學(xué)及交互仿真系統(tǒng)，模擬光、電、火、水等。本文以3ds Max的粒子系統(tǒng)制作藥片散落動畫為例，介紹了3ds Max粒子流源的功能及主要參數(shù)的設(shè)置方法，從而對粒子特效技術(shù)用于教學(xué)資源開發(fā)提供實(shí)際借鑒。

關(guān)鍵詞：粒子特效技術(shù);教學(xué)演示動畫;3ds Max粒子系統(tǒng)

中圖分類號：G642? ? ? ? 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A

文章編號：1009-3044（2020）36-0200-02

1 3ds Max粒子系統(tǒng)

粒子系統(tǒng)是三維計(jì)算機(jī)圖形學(xué)中模擬一些特定的模糊現(xiàn)象的技術(shù)，它可以模擬火、爆炸、煙、水流、火花、落葉、云、霧、雪、塵、流星尾跡的自然現(xiàn)象，或者類似光影軌跡等抽象視覺效果。3ds Max粒子流是一種多功能且強(qiáng)大的粒子系統(tǒng)，它使用一種稱為粒子視圖的特殊對話框來使用事件驅(qū)動模型。以下通過制作一個(gè)維生素C藥品散落動畫介紹3ds Max粒子流源主要功能及其主要參數(shù)的設(shè)置方法。

2 3ds Max粒子流源的設(shè)計(jì)制作過程

首先制作三維場景創(chuàng)建桌面、藥瓶、藥片模型，物體形狀和比例要求符合現(xiàn)實(shí)生活，通過3ds Max自帶的程序貼圖制作場景中模型的材質(zhì)和貼圖，制作藥瓶倒藥的動畫，動作能符合物體的運(yùn)動規(guī)律，運(yùn)用3ds Max粒子流源制作藥片散落動畫，藥片掉落過程及落到桌面要帶有緩沖。以下介紹藥品散落動畫具體制作過程。

（1）場景建模

創(chuàng)建三維場景前先設(shè)計(jì)廣告動畫場景——維生素C藥瓶、藥片和桌面。在透視圖場景中創(chuàng)建一個(gè)長和寬均為150cm的平面作為桌面，長度分段和寬度分段數(shù)均為1。再創(chuàng)建半徑為5cm，高度15cm，圓角0.5cm的切角圓柱體作為藥瓶，高度分段數(shù)為3，圓角分段數(shù)為2，邊數(shù)為10，端面分段數(shù)為3。將藥瓶模型轉(zhuǎn)換為可編輯多邊形，激活藥瓶模型人“多邊形”選擇模式，框選圓柱頂面區(qū)域，將頂面向上擠出2cm，形成藥瓶瓶頸部分。制作瓶口厚度，將選定的面繼續(xù)向上擠出0.2cm，用縮放工具向內(nèi)收縮一定厚度，再擠出0cm，再向內(nèi)收縮，再擠出0cm，用移動工具將選定面向下移動至瓶頸與瓶身交界處。制作瓶口螺紋，激活“邊”選擇模式，框選瓶口所有豎線，連接3條邊，向內(nèi)緊縮-70，生成3條邊。激活“頂點(diǎn)”選擇模式，框選中間所有的頂點(diǎn)，使用等比縮放工具向外放大一點(diǎn)，形成瓶口螺紋。創(chuàng)建長度為1cm，寬度為2cm，高度為0.5cm，圓角為0.1cm的“切角長方體”作為藥片，長度分段數(shù)為3，寬度和高度分段數(shù)為1，圓角分段數(shù)為2，調(diào)整藥片的形狀。

（2）材質(zhì)與貼圖

為場景中模型賦相應(yīng)的材質(zhì)與貼圖。先制作文字貼圖素材，在前視圖創(chuàng)建字體為黑體，大小為10的文本——“維生素C”，給文本添加“倒角”命令，設(shè)置倒角值的起始輪廓為-0.1cm，級別1高度為2cm，輪廓0.1cm，級別2高度為-0.1cm，輪廓為-0.1cm，級別3高度為-0.1cm，輪廓為-0.1cm，制作倒角文字效果。打開材質(zhì)編輯器，給文字制作金屬材質(zhì)，設(shè)置金屬明暗器，漫反射顏色為橙色，高光級別為120，光澤度為75，自發(fā)光貼圖為衰減，反射貼圖也為衰減，凹凸貼圖類型為斑點(diǎn)，大小為0.1，將該材質(zhì)賦給“維生素C”，渲染前視圖，保存“維C貼圖.jpg”文件。再給藥片制作材質(zhì)，將藥片材質(zhì)的漫反射顏色設(shè)置為黃色，凹凸貼圖選擇“維C貼圖.jpg”，數(shù)量為-100，瓷磚U為2.5，V為1.3，將文字放置在藥片正中間。接下來為藥瓶制作多維/子對象復(fù)合材質(zhì)，先編輯藥瓶模型的ID值，中間是“文字”，兩邊是橙色，其余部分是白色，分別設(shè)置“紅”“字”“白”3個(gè)ID子材質(zhì)，高光級別是60，光澤度為35，其中文字取消“瓷磚”復(fù)選勾，U方向瓷磚數(shù)為3。最后制作桌布材質(zhì)，設(shè)置高光級別和光澤度都為0，漫反射貼圖類型選擇棋盤格，UV瓷磚數(shù)為5，顏色#1為藍(lán)色，顏色#2為“維C貼圖.jpg”，UV瓷磚數(shù)為15，W角度為-60度，使白色區(qū)域出現(xiàn)文字圖案。為藥瓶添加“UVW貼圖”修改器命令，選擇“柱形”貼圖方式，調(diào)整文字在藥瓶上正中位置。

（3）制作藥片散落動畫

打開“時(shí)間配置”窗口，設(shè)置幀速率為“電影”，總幀數(shù)為201幀。先制作藥丸粒子，創(chuàng)建“粒子流源”粒子系統(tǒng)，在頂視圖桌面中間位置上方創(chuàng)建一個(gè)粒子流源，徽標(biāo)大小3cm，圖標(biāo)類型“圓形”，直徑5cm。設(shè)置數(shù)量倍增“視口%”數(shù)為100%，單擊“粒子視圖”打開“粒子視圖”窗口，單擊事件001的“出生001”，在其參數(shù)面板中設(shè)置發(fā)射開始為50，發(fā)射停止為80，數(shù)量為600，使藥丸粒子第50幀開始散落，第80幀停止發(fā)射，藥丸總數(shù)量為600。預(yù)覽動畫發(fā)現(xiàn)粒子散落速度過快，單擊事件001的“速度001”，在其參數(shù)面板設(shè)置速度為50cm，變化20cm，散度為15，使粒子呈現(xiàn)無規(guī)律且分散下落的形態(tài)。制作藥丸粒子的第一次碰撞反彈，先創(chuàng)建導(dǎo)向板，單擊創(chuàng)建空間扭曲的導(dǎo)向器，選擇導(dǎo)向板，在頂視圖桌面上拖拽導(dǎo)向板，其大小與桌面一致，使用對齊工具將導(dǎo)向板對齊桌面。粒子散落彈起后要受到重力的影響，單擊創(chuàng)建空間扭曲的力，選擇“重力”對象類型，在頂視圖桌面上創(chuàng)建一個(gè)重力圖標(biāo)。打開“粒子視圖”窗口，在事件001中添加“碰撞”，并“按列表”選擇導(dǎo)向板Deflector001，將導(dǎo)向板作為藥丸粒子產(chǎn)生碰撞的物體。創(chuàng)建新的事件002“力”，在“按列表”選項(xiàng)中選擇重力Gravity001，設(shè)置“影響%”值為100。設(shè)置第2次碰撞，添加“碰撞”到事件002中，按列表選擇導(dǎo)向板。將粒子替換成藥片，將“圖形實(shí)例”替換事件001的“圖形”，在其參數(shù)面板中將“藥丸模型”添加到粒子幾何體對象，設(shè)置比例%為60，再選擇場景中的藥片模型，單擊鼠標(biāo)右鍵，在彈出的菜單中選擇“隱藏選定對象”，隱藏藥片模型。單擊事件001的“顯示”選項(xiàng)，在其參數(shù)面板中設(shè)置顯示類型為“幾何體”，預(yù)覽第50幀以后的動畫，可以看到十字叉變成藥片，同樣將其他事件的“顯示”選項(xiàng)也改為“幾何體”，復(fù)制事件001的“圖形實(shí)例001（藥丸模型）”，以“粘貼實(shí)例”方式復(fù)制到事件002、事件003和事件004，4個(gè)“圖形實(shí)例”都以斜體字方式顯示，這樣碰撞反彈后的十字叉粒子也會變成藥丸，最后藥丸停留在桌面上，藥丸散落過程中各藥丸間不應(yīng)該出現(xiàn)交疊，應(yīng)該保持距離，先給事件001添加“保持分離”命令，設(shè)置“力”為100cm，加速度限制為1000，核心半徑為1cm，衰減區(qū)域?yàn)?cm，這個(gè)參數(shù)根據(jù)藥片的大小尺寸來設(shè)定，再復(fù)制事件001的“保持分離”，粘貼實(shí)例到事件002和事件003，事件001“旋轉(zhuǎn)001”默認(rèn)是“隨機(jī)3d”，即藥丸開始散落時(shí)，各藥丸狀態(tài)是不同的，但落到桌面反彈后靜止時(shí)的狀態(tài)應(yīng)該是平鋪在桌面上的，復(fù)制“旋轉(zhuǎn)001”到事件004，將“隨機(jī)3d”改成“隨機(jī)水平”，如圖3所示。

（4）制作藥瓶動畫

藥瓶傾倒過程為了符合其運(yùn)動規(guī)律，在提升到一定高度后應(yīng)該有個(gè)旋轉(zhuǎn)及抬升的過程，此動畫設(shè)計(jì)中，為了控制旋轉(zhuǎn)速度，要盡可能多創(chuàng)建幾個(gè)關(guān)鍵幀，還要注意最后停留的位置瓶口與粒子流源相對位置要重合，否則會出現(xiàn)藥片出口與瓶口不對應(yīng)的錯(cuò)誤演示。啟用“自動關(guān)鍵點(diǎn)”，藥瓶在第0幀放置在桌布，第20幀向右上方移動并向右下方旋轉(zhuǎn)30度，第50幀向上移動并向右下方旋轉(zhuǎn)80度，動畫制作完成后，取消“自動關(guān)鍵點(diǎn)”，如圖4所示。

創(chuàng)建攝像機(jī)，單擊創(chuàng)建—攝像機(jī)—目標(biāo)攝像機(jī)，在頂視圖正中間創(chuàng)建一個(gè)目標(biāo)攝像機(jī)，將目標(biāo)點(diǎn)放置在藥瓶處，鏡頭選擇35mm備用鏡頭，將透視圖轉(zhuǎn)換為攝像機(jī)視圖，創(chuàng)建—燈光—目標(biāo)平行光，啟用“陰影”，強(qiáng)度倍增0.8，聚光區(qū)/光束90cm，衰減區(qū)/區(qū)域150cm，在頂視圖右下方拖拽目標(biāo)平行光至藥瓶點(diǎn)，調(diào)整光的角度及位置。渲染第85幀動畫，像素1280*720，再渲染avi動畫，如圖5所示。

3 結(jié)語

本文介紹的藥品散落動畫制作應(yīng)用了3ds Max三維建模、材質(zhì)與貼圖、粒子系統(tǒng)、燈光與攝像機(jī)，通過制作維生素C藥片的粒子特效，可以讓我們了解三維粒子系統(tǒng)創(chuàng)建及設(shè)置的方法，通過此案例可以引申出其他粒子特效的制作，為學(xué)習(xí)者設(shè)計(jì)影視片頭動畫、實(shí)驗(yàn)實(shí)訓(xùn)演示動畫，開發(fā)虛擬仿真系統(tǒng)提供一定的借鑒。

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【通聯(lián)編輯：王力】