試述三維動畫《過年》中的骨骼綁定畢業(yè)論文

1、2012屆本科畢業(yè)論文試述三維動畫過年中的骨骼綁定 院（系）名稱美術(shù)學(xué)院專 業(yè) 名 稱藝術(shù)設(shè)計（數(shù)碼方向）學(xué)生姓名 學(xué)號 指導(dǎo)教師 完 成 時 間2012年5月試述三維動畫過年中的骨骼綁定 摘 要：骨骼綁定在一部三維動畫中起著至關(guān)重要的作用。好的骨骼綁定可以方便動畫的制作，可以讓設(shè)計師調(diào)整人物動作時更加方便快捷。骨骼綁定的每一個步驟都影響著最終的動畫效果，綁定是為動畫做前提基礎(chǔ)的，方便動畫師制作動畫，好的綁定可以讓動畫更加的流暢，可以讓人物表現(xiàn)的更賦予生命性。除了骨骼綁定還有角色的表情綁定，也是為了讓人物能說話或者表現(xiàn)不同的表情等。綁定所做的一切都是為了動畫而設(shè)定的，所以好的綁定設(shè)定主要是根據(jù)

2、整個動畫的風(fēng)格和流程來設(shè)定的。骨骼綁定在三維動畫中是不可缺少的部分。關(guān)鍵詞：骨骼綁定;三維動畫;過年三維動畫又稱3d動畫，是一種新興技術(shù)。三維動畫給人以立體感真實感，甚至可以細(xì)微到動物的毛發(fā)，這樣效果的制作被廣泛應(yīng)用到影視、教育、醫(yī)學(xué)等眾多領(lǐng)域。電影中撞車、變形或者虛幻場景等都是三維動畫在實際生活中的應(yīng)用。設(shè)計師在三維動畫軟件中先建立一個虛擬的場景，然后根據(jù)比例建立模型，根據(jù)要求設(shè)定模型的運動軌跡，虛擬攝像機的運動以及其他動畫參數(shù)，最后為模型賦上特定的材質(zhì)，并打上燈光，最后輸出渲染，生成最后的畫面。夢工廠的“怪物史瑞克”和皮克斯的“海底總動員”就是這樣完成的，視覺方面比二維動畫有沖擊力。三維動

3、畫的制作流程為：模型、材質(zhì)、綁定、動畫、渲染、特效、合成。每一個環(huán)節(jié)都是相關(guān)聯(lián)的。模型與材質(zhì)決定了動畫的風(fēng)格，綁定和動畫決定了動畫的流暢度，渲染、特效和合成決定了動畫的色調(diào)以及最終的效果。由于三維動畫具有精確性和真實性，目前三維動畫正在國內(nèi)迅速發(fā)展，現(xiàn)今三維動畫的運用到處可見，建筑領(lǐng)域、規(guī)劃領(lǐng)域、園林領(lǐng)域、產(chǎn)品演示、模擬動畫、片頭動畫、廣告動畫、角色動畫、虛擬現(xiàn)實等方面充分體現(xiàn)了三維動畫目前重要的地位。為了讓觀眾真實感受到過年所表達(dá)的情感，筆者運用了這項先進的技術(shù)，下面就是具體介紹三維動畫過年的制作過程。一、前期準(zhǔn)備（一）選題背景三維動畫短片過年是一部以關(guān)愛農(nóng)村老人為主體的動畫?，F(xiàn)代化生活的節(jié)

4、奏越來越快，農(nóng)村的青年人大多為了家庭，為了生活，進入城市打工。農(nóng)村青年見到繁華的都市，豐富多彩的生活環(huán)境以及各種各樣的誘惑，年輕人已經(jīng)不愿回到那落后貧窮的家鄉(xiāng)，而已經(jīng)熟悉了許多年家鄉(xiāng)環(huán)境的老人不愿意離開生活多年的地方，導(dǎo)致了老人只有逢年過節(jié)才能見到期盼已久的兒女們。在人類的情感中，最重要的情感莫過于親情了，而這部三維動畫短片的故事背景是根據(jù)筆者二十多年的成長經(jīng)歷與親眼所見，制作出來，以此來表達(dá)在農(nóng)村生活的老人們渴望團圓的愿望，并讓更多在外打工的子孫們知道家中還有體弱多病的老人在苦苦期盼他們?；丶铱纯?。由于制作者的生活背景是個小村莊，制作者親眼看見在家苦苦等候的父母日日坐在家門口等待兒女的歸來，

5、孤單的背影讓人落淚，制作者更加想把這個動畫做出來，讓所有人都知道父母辛苦的等候。（二）資料收集單靠制作者對于平時的觀察是遠(yuǎn)遠(yuǎn)不夠的，所以，制作者必須不停地尋找更多的信息和參考資料，甚至有可能的話，找到比較貧窮的農(nóng)村（見圖1、圖2），進行實地的考察。畢竟房屋的裝飾，廚房的灶具，院子?xùn)|西的擺放都不是憑空能想出來的，前期收集資料的方式多種多樣，可能是一些簡單的文字描述，后期就對前期進行總結(jié)與分類，為的是更好的完成這部三維動畫。圖1 圖2（三）風(fēng)格定位為了更加貼合動畫短片的主題，盡可能的真實表現(xiàn)農(nóng)村的生活習(xí)俗，根據(jù)收集的材料，制作者將動畫做的偏寫實，場景的設(shè)計元素上，制作者采用了中國北方傳統(tǒng)的毛坯房為

6、代表，這樣的使用是考慮到符合人們居住的環(huán)境，更好的突出這部動畫短片的主題。本部動畫短片采用較灰色調(diào)，突出農(nóng)村生活的簡單、樸實與相對的不富裕，從而烘托出老人的思想感情色彩。片中鮮亮的色彩是為了打破觀眾觀賞沉悶之感，起輔助作用。二、設(shè)計過程（一）動畫的制作流程及分工 三維動畫過年的制作流程是建模-材質(zhì)-綁定-動畫-渲染-合成-后期。由于該片設(shè)計的人物比較多，建模是全體組員進行制作的，主要使用的是polygon建模，材質(zhì)由小組的兩位成員負(fù)責(zé)。動畫和后期是筆者和其中一位組員負(fù)責(zé)。（二）骨骼綁定的具體制作骨骼綁定是后期動畫制作的前提，骨骼與模型的配合直接關(guān)系到后期模型動作的調(diào)整，每一條骨骼都是一個不可分

7、割的重要組成部分。首先介紹下老太太的骨骼綁定設(shè)定的流程。首先是腳部、脊柱骨骼的裝配，根據(jù)模型搭建腿部骨骼：此處要從腰部向下創(chuàng)建骨骼，以腰部骨骼作為根骨。（見圖3、圖4）圖3 圖4為left-ankle關(guān)節(jié)創(chuàng)建ik單線控制器：控制器的添加對后面動作的調(diào)試起到至關(guān)重要的作用，所以在創(chuàng)建控制器的時候要特別細(xì)心。為left-ball關(guān)節(jié)創(chuàng)建ik單線sc控制器，為left-toe關(guān)節(jié)創(chuàng)建ik單線sc控制器。在為骨骼創(chuàng)建ik控制器的時候制作者發(fā)現(xiàn)應(yīng)該選擇rp的控制器。（見圖5、圖6）圖5 圖6添加父子關(guān)系的時候要先選擇子物體然后再選父物體然后p鍵，同時在outline視圖中可以更加直觀的看清楚各類的關(guān)系，

8、也有利于做進一步的修改和調(diào)試。對右腿骨骼相同的操作：此處可以直接用鏡像的方法得到另一部分的腿部骨骼，但也可以采用上述同樣的步驟進行骨骼綁定。為left-foot-con和left-heel、left-ball left-toe添加被驅(qū)動關(guān)鍵幀，在制作驅(qū)動關(guān)鍵幀的時候由于當(dāng)時很多骨骼，制作者容易弄亂，所以一定要把骨骼的命名做好，這樣就很清晰。（見圖7、圖8）圖7 圖8創(chuàng)建脊柱骨骼和控制曲線并創(chuàng)建其父與子的關(guān)系：此處主要是將腿部和身體軀干連接起來，以達(dá)到統(tǒng)一的效果。頸椎的制作相對比較復(fù)雜的，因為制作者用的兩套系統(tǒng)，fk和ik系統(tǒng)，這兩套系統(tǒng)是為了更好的方便制作動畫來設(shè)定的。因為有時候可能動畫師使用

9、ik系統(tǒng)調(diào)比較方便，有時候使用fk制作的動畫比較好。所以制作者這里采取兩套系統(tǒng)來設(shè)定，同樣的工作量也增加了很多。（見圖9、圖10）圖9 圖10手臂和頸部骨骼的綁定：頸部骨骼相對來說比較少，容易掌握。這里制作者為了讓頭部運動和真實人一樣，使用了ik單線rp控制器添加控制曲線。（見圖11、圖12）待添加的隱藏文字內(nèi)容3圖11 圖12創(chuàng)建手指骨骼：手指骨骼是所有骨骼中最為復(fù)雜的一個部分，因為手指關(guān)節(jié)相對來說比較多，而添加骨骼時又要考慮到對其他骨骼的影響，并且每根手指之間的骨骼也會存在相互的影響，這樣一來就會有很多因素在里面，所以在做手指骨骼綁定的時候就要更加的小心與注意。連接手指骨骼到手腕：連接時要

10、注意先后順序。（見圖13、圖14）圖13 圖14為了讓人物更容易控制筆者制作了身體的次級控制。公雞和貓的綁定（見圖15、圖16、圖17、圖18）相對于老太太比較簡單，主要是根據(jù)角色的骨骼布局來創(chuàng)建骨骼。在四足的動物制作的時候，制作者參考了很多的四足動物的分布圖然后進行骨骼創(chuàng)建的。圖15 圖16圖17 圖18蒙皮方面，蒙皮的方式有直接蒙皮( 柔性蒙皮,剛性蒙皮 )和間接蒙皮(把晶格或包裹變形與柔性蒙皮或剛性蒙皮聯(lián)合使用)。而制作者在maya蒙皮上使用了傳統(tǒng)的蒙皮方法，根據(jù)不同的角色進行了調(diào)整，并總結(jié)出一些蒙皮的處理方法。這里用到了一個常用的蒙皮順序方法，蒙皮時要從這條骨骼的根部或是梢部開始，一個

11、個關(guān)節(jié)逐個繪制蒙皮權(quán)重，當(dāng)繪制當(dāng)前骨骼的時候要把后面的骨骼的蒙皮權(quán)重100%的給與當(dāng)前骨骼。這樣做的好處是，有時候一個點受到多個骨骼的控制，用100%權(quán)重給與可以清除掉，不應(yīng)該影響該點的骨骼的權(quán)重。（三）遇到的問題以及解決的方法在這部三維動畫過年的具體過程中，制作者遇到了多種困難。首先是創(chuàng)建骨骼的時候沒有注意區(qū)分命名，導(dǎo)致后面制作比較亂。所以制作者又重新命名，使用的是一個重命名的綁定插件來完成。在創(chuàng)建骨骼的時候出現(xiàn)一個問題，就是骨骼的局部坐標(biāo)方向問題。特別是創(chuàng)建腳部的綁定直接影響到后面人物的走路動作的調(diào)試，為腳部創(chuàng)建骨骼的時候要注意先后順序，否則將很難進行下面的工作。在制作腳部的骨骼的時候，制

12、作者遇到了一個很大的問題就是方向問題，使用ik控制測試的時候一直翻轉(zhuǎn)，最后才發(fā)現(xiàn)是因為骨骼的方向錯了。在制作腿部的時候下一個軸向一定要統(tǒng)一。在制作老太太的骨骼綁定的時候，最難點筆者認(rèn)為是制作腿部與胳膊的次級控制。在制作次級身體控制的時候，遇到很多問題，首先是骨骼的方向，制作者把骨骼局部坐標(biāo)軸顯示出來，為了讓方向統(tǒng)一，制作者使用復(fù)制骨骼方向來讓他是統(tǒng)一的方向。這樣在蒙皮的時候不會出現(xiàn)錯誤。接下來創(chuàng)建locator，進行父子和目標(biāo)約束的時候我也出現(xiàn)了不少的問題，由于骨骼比較亂，比較多，層級關(guān)系比較復(fù)雜。所以在進行互相約束的時候出現(xiàn)繼續(xù)約束錯誤。所以還是要骨骼命名要規(guī)整，思路要清晰。創(chuàng)建的毛囊的時候

13、也要注意，必須選擇面中間創(chuàng)建，要不然就會出現(xiàn)很多沒用的毛囊。次級控制的原理就是曲線控制毛囊，然后毛囊?guī)用善さ墓趋?。?dāng)時筆者做這個次級控制的時候以為已經(jīng)完成了，沒想到在最后的整體縮放的時候出現(xiàn)重大問題，整體縮放控制器的時候制作的次級控制器沒有跟著一起縮放，而是變大了。后來才發(fā)現(xiàn)原來是毛囊沒有進行縮放約束，制作者又將控制器去縮放約束每一個毛囊。這樣就正常了。三、結(jié)語在選擇制作過年3d動畫短片之初，由于筆者對3d動畫的無限熱愛與勇于挑戰(zhàn)的精神，使筆者在畢業(yè)設(shè)計的選題上，充滿了無限的激情與暢想。三維動畫短片過年講的是關(guān)于關(guān)愛農(nóng)村空巢老人的故事，之所以選擇這個主題，是因為筆者二十多年的成長經(jīng)歷中，家庭

14、中的老人生活環(huán)境由農(nóng)村移居到城市的這件事，通過觀察老人的言談舉止，充分感覺到老人孤身在農(nóng)村的孤獨與對兒孫的思念。而此動畫短片的靈感來源就是在農(nóng)村生活的老人們望眼欲穿的期盼在城市工作、學(xué)習(xí)的兒孫過年回家團圓這件事。在制作中，由于對maya軟件的不熟悉，每次做東西總會發(fā)現(xiàn)有不足之處，在對操作中出現(xiàn)了一些問題，制作者觀看了相關(guān)的視頻教程，查閱了相關(guān)的書籍，請教了指導(dǎo)老師與一些在這方面技術(shù)上比較過硬的同學(xué)來一步一步的解決這些問題。制作完成3d動畫短片過年之后，制作者進一步了解了三維動畫制作過程中應(yīng)該注意的問題，對三維動畫的創(chuàng)作與制作有了新的認(rèn)識，經(jīng)過這次畢業(yè)設(shè)計的制作，制作者在專業(yè)方面有了一大突破，嘗

15、試了以前不敢嘗試的東西，為了這次畢業(yè)設(shè)計付出的努力也是十分巨大的，不過會對制作者以后進入社會有很大的幫助。四、致謝大學(xué)四年生活即將結(jié)束了，畢業(yè)前的畢業(yè)設(shè)計是對自己四年來學(xué)習(xí)的一次總結(jié)，為自己的校園生活畫上完美的句號。這部動畫作品凝結(jié)了我與小組其他成員太多的汗水。首先要感謝我的父母對于我學(xué)業(yè)的支持，無論是精神上還是物質(zhì)上；其次要感謝我的兩位指導(dǎo)老師在整個制作過程中對于我們的支持與幫助。從開始劇本的設(shè)定，到后來的動畫出現(xiàn)的問題，需要修改完善的部分，兩位老師都特別認(rèn)真的給予我們詳細(xì)的講解與幫助，這對于我們的畢業(yè)設(shè)計有著不可忽視的作用。親愛的老師、同學(xué)們，與你們共同奮斗在畢業(yè)設(shè)計上的過程，我會終身難忘，感謝所有人對于我的支持，如今，我們即將要離開這片生活了四年的土地，有太多的不舍，太多的回憶，但我們必須為了我們的夢想擁抱未來，為實現(xiàn)自己的夢想而奮斗！參考文獻(xiàn)：1 鄭剛、吳曉玲.maya動畫設(shè)計與制作m.北京：北京師范大學(xué)出版社.2011年8月.114頁2 賈否.動畫創(chuàng)作基礎(chǔ)m.北京：清華大學(xué)出版社.2003年3月.70頁3鐵鐘、