3dsmax在游戲角色建模中的研究與應(yīng)用

1、3dsmax在游戲角色建模中的研究與應(yīng)用摘 要隨著計算機三維影像技術(shù)的不斷發(fā)展，三維圖形技術(shù)越來越被人類所掌握和應(yīng)用，由于三維動畫比平面圖形更直觀，更逼真的特點，因此更能給觀賞者以身臨其境的感覺，尤其適用于那些尚未實現(xiàn)或準(zhǔn)備實施的項目和虛擬的游戲，使觀者提前領(lǐng)略實施后的精彩結(jié)果。在如今的各個領(lǐng)域內(nèi)，三維動畫從簡單的幾何體模型到一般的產(chǎn)品展示和藝術(shù)品展示，甚至到復(fù)雜的人物模型，所有這些都能依靠強大的三維動畫技術(shù)來實現(xiàn)。3DSMAX作為三維動畫制作領(lǐng)域內(nèi)最為出色的軟件之一，不僅具有強大的繪圖能力，同時具有出眾的建模功能，在應(yīng)用范圍方面，3DSMAX已經(jīng)廣泛應(yīng)用于廣告、影視、工業(yè)設(shè)計、建筑設(shè)計、多媒

2、體制作、游戲、輔助教學(xué)以及工程可視化等領(lǐng)域。擁有強大功能的3DSMAX已經(jīng)深入的扎根在如今很多3D游戲的宣傳動畫、片頭動畫，以及游戲場景中，具有非常廣闊的應(yīng)用前景。本文從三維動畫的基礎(chǔ)理論入手，在國內(nèi)外針對專家對三維動畫技術(shù)研究分析的基礎(chǔ)上，對三維動畫軟件在游戲中的應(yīng)用進行分析；首先對三維動畫的相關(guān)理論作了詳細的闡述，指出三維動畫的特點和主要應(yīng)用領(lǐng)域；之后針對3DSMAX進行了簡要介紹，明確了3DSMAX的主要特點；在此基礎(chǔ)上，對3DSMAX的建模方法進行了分析，從3DSMAX三維建模最基本組成的點、面開始，漸漸深入的描述，說明3DSMAX建模的特點及常用的建模方法，以及對這些建模方法各自的優(yōu)

3、缺點進行了探討；然后以游戲角色建模的視角出發(fā)，論述了游戲發(fā)展及角色的變化，指出3D游戲模型的基本規(guī)范，并具體分析了3D游戲角色模型建立的一般過程，再輔以實例進一步闡明了使用3DSMAX進行游戲角色建模應(yīng)該注意的問題；最后針對游戲角色建模的后期處理，分別對標(biāo)準(zhǔn)渲染、燈光、攝影機等進行了分析，分析了3DSMAX中四大渲染器的特點，探討了燈光設(shè)置的順序和要點，并詳解了攝影機的常用參數(shù)設(shè)置。本文的研究，對于使用3DSMAX進行建模的設(shè)計者明確建模的基本理論與方法，具有一定的實際參考價值；尤其是針對在游戲角色建模過程中的一些細節(jié)，能夠為進行游戲角色建模的設(shè)計者提供較大的幫助。關(guān)鍵詞：游戲角色 三維動畫

4、3DSMAX 建模 面ABSTRACTWith the three-dimensional imaging technology continues to evolve from computer, more and more three-dimensional graphics technology and applications be grasped by humans, because of three-dimensional animated graphics more intuitive than the plane, more realistic, and consequentl

5、y more immersive to the viewer to feel , especially for those not yet ready to implement projects to achieve or so after the implementation of the viewer a taste of the exciting early results. In todays various areas, three-dimensional animations from simple geometry model to the general display of

6、products and works of art, even to the complex character models, all of which can rely on a strong three-dimensional animation techniques. 3DSMAX as a field of three-dimensional animation software is one of the most outstanding, not only has powerful graphics capabilities, but also has superior mode

7、ling capabilities in the application scope, 3DSMAX has been widely used in advertising, film, industrial design, architectural design, multimedia production, games, teaching and engineering visualization and other fields. 3DSMAX already has a strong function of depth rooted in todays 3D games lot of

8、 publicity animation, title animation, and game scene, has a very broad application prospects.In this paper, from the basic theory of three-dimensional animation , based on many expert research and analysis about three-dimensional animation technology. Analysis of three-dimensional animations applic

9、ation in the game; First, the theory of three-dimensional animation made in detail, pointing out that three-dimensional animation features and the main application areas; for 3DSMAX after a brief introduction, the main features 3DSMAX clear; On this basis, for 3DSMAX modeling methods were analyzed t

10、o illustrate the characteristics and 3DSMAX modeling methods commonly used in modeling , as well as their advantages and disadvantages of these modeling approaches are discussed; then game character modeling perspective, discusses the game development and the changing role of the model that the basi

11、c norms of 3D games, 3D games and detailed analysis of the role model the establishment of the general process, supplemented by examples and further clarified the role of modeling the game using 3DSMAX should pay attention to the problem; last game character modeling for post-processing, respectivel

12、y, the standard rendering, lighting, cameras, etc. were analyzed, analysis of the 3DSMAX the characteristics of the four renderer, the order of the light set and points, and a camera used Detailed parameter settings.From the study, modeling for designers to use 3DSMAX explicit modeling of the basic

13、theories and methods, with some actual reference value; role in the game, especially for some of the details of the modeling process, role modeling can play games designers to provide more help.KEY WORDS: Game character; three-dimensional animation; 3DSMAX; modeling; surface目 錄摘 要2ABSTRACT3第一章 緒論61.

14、1選題的背景和意義61.2國內(nèi)外研究綜述71.2.1 國外研究綜述71.2.2 國內(nèi)研究綜述91.2.3 研究評述101.3研究主要內(nèi)容和研究方法111.3.1 研究主要內(nèi)容111.3.2 研究方法11第二章 三維動畫及其建模122.1 動畫及三維動畫122.1.1 動畫的基本概念122.1.2 三維動畫的基本概念132.2 三維動畫特點及應(yīng)用132.2.1 三維動畫的特點132.2.2 三維動畫的應(yīng)用領(lǐng)域142.3 三維動畫制作的一般過程152.4 3DSMAX軟件簡介162.5三維建模及其重要性17第三章 游戲角色建模的技術(shù)分析193.1 3DSMAX建模方法分析193.1.1 3DSMA

15、X建模的主要特點193.1.2 3DSMAX建模的主要方法193.2 3DSMAX游戲角色建模技術(shù)223.2.1游戲發(fā)展與游戲角色223.2.2 3D游戲模型的基本規(guī)范233.2.3 3D游戲模型中的四邊面與三角面取舍243.2.4 3DSMAX游戲角色建模的一般過程253.2.5 3DSMAX游戲角色建模實例分析27第四章 游戲角色建模的后期處理334.1渲染器分析334.1.1 Mental Ray渲染器334.1.2 Brazil渲染器334.1.3 FinalRender渲染器344.1.4 VRay渲染器344.2燈光處理354.2.1 燈光與影像354.2.2 經(jīng)典布光理論364.

16、2.3 布光順序及要點364.3攝影機處理374.3.1 攝影機的種類374.3.2攝影機的特性384.3.3 3DSMAX攝影機的常用參數(shù)設(shè)置38第五章 結(jié)論與展望41參考文獻43致 謝45第一章 緒論1.1選題的背景和意義隨著全球計算機圖像圖形技術(shù)的不斷發(fā)展以及人們對視覺效果需求的提高，在圖像圖形的設(shè)計領(lǐng)域，其設(shè)計方法發(fā)生了巨大的改變，以往依靠手工來完成的大多數(shù)設(shè)計工作，正逐步被計算機圖形圖像技術(shù)代替，特別是三維圖像及動畫技術(shù)在近年來的發(fā)展尤其迅速，它們的應(yīng)用已經(jīng)涉及到建筑、影視、游戲等多個行業(yè)，發(fā)揮了越來越重要的作用，充分展示了三維動畫在設(shè)計方面的強大能力。在三維動畫設(shè)計領(lǐng)域，有關(guān)三維圖

17、形的設(shè)計軟件有很多，主要包括Discreet的 3ds max、Maxon的 Cinema 4D、Alias的 Maya、Softimage/XSI以及NewTek的 Lightwave 3D，而與三維動畫有關(guān)的建模方式也成為了三維圖像軟件發(fā)展的主要方向，這些軟件在進行幾何模型建立時所采用的方式和工具并不相同。如3dsMax的建模工具使用了廣泛的多邊形建模工具組件；Cinema 4D 中則包含了細分表面建模工具等多種工具；Alias公司的Maya則以其非常強大的Nurbs工具聞名于世；Lightware的建模方式是MetaNURBS?？梢钥闯觯黝愜浖诮７绞缴细饔幸兄?。但是在實際的三維動畫

18、設(shè)計過程中，由于行業(yè)或環(huán)境的不同，對所建立的幾何模型的細節(jié)要求也會不同，在三維建筑的有關(guān)動畫模型中重點對動畫精度限制較為嚴(yán)格，在影視廣告中是對動畫模型的光滑度要求比較嚴(yán)格，而在游戲角色模型中則是要求動畫模型能夠滿足游戲玩家的控制要求。因此，面對如此多的三維動畫軟件和建模工具，如何針對不同的建模需求選擇合適的三維動畫軟件和建模工具也成為了領(lǐng)域內(nèi)研究的重要課題之一。基于上述情形，本課題研究了在游戲領(lǐng)域內(nèi)使用3dsmax三維動畫制作軟件進行角色建模的方法。3dsmax作為美國Autodes公司最為出色的三維動畫制作軟件，近年來已經(jīng)成為全球中低端使用群體中最為流行的軟件，它不僅提供了豐富的動畫設(shè)計功能

19、，也提供了強大的建模技術(shù)，被廣泛應(yīng)用于影視、游戲等領(lǐng)域。使用3dsmax進行游戲角色模型的合理建造，并對其進行后期處理正是本文研究的重點。通過對本課題的研究，能夠?qū)θS動畫研究領(lǐng)域的理論，特別是3dsmax的建模方面起到一定的補充作用；同時對于提升游戲行業(yè)角色建模的實際操作上具有一定的借鑒意義。1.2國內(nèi)外研究綜述1.2.1 國外研究綜述1.2.1.1 國外三維動畫發(fā)展綜述三維動畫作為電腦美術(shù)的一個分支，是建立在動畫藝術(shù)和電腦軟硬件技術(shù)發(fā)展基礎(chǔ)上而形成的一種相對的獨立新型的藝術(shù)形式。三維動畫在國外的早期應(yīng)用出現(xiàn)在20世紀(jì)70年代，主要應(yīng)用于軍事領(lǐng)域。直到70年代后期，隨著PC機的出現(xiàn)，計算機圖

20、形學(xué)的快速發(fā)展，三維動畫才逐步拓展到諸如平面設(shè)計、服裝設(shè)計、建筑裝潢等領(lǐng)域。從20世紀(jì)80年代開始就逐步使用計算機圖形技術(shù)制作三維動畫，雖然當(dāng)時大部分的三維動畫制作需要在一些大型的工作站上完成的，但卻成為后來三維動畫的發(fā)展奠定了基礎(chǔ)。1995年，皮克斯的影片玩具總動員的上映成為進入三維動畫時代的標(biāo)志，隨著該片在全世界的風(fēng)靡，一些研究者開始針對在PC機上制作三維動畫進行了深入的研究。 1998年，學(xué)者戴爾森針對三維動畫的應(yīng)用前景做了預(yù)測，他指出三維動畫是隨著計算機軟硬件技術(shù)的進步而產(chǎn)生的一項新興技術(shù)，它通過借助專用的軟件在計算機建立起了一個虛擬的世界，設(shè)計師們只要在這個虛擬的世界中按照要表現(xiàn)的對

21、象的形狀尺寸建立模型以及場景，再根據(jù)要求設(shè)定模型的運動軌跡及一些動畫參數(shù)，就能生成美輪美奐的畫面。三維動畫技術(shù)的這種模擬真實物體的方式使其迅速風(fēng)靡全球，并由于其精確性、真實性和無限可操作性的特點，必將在影視、軍事、娛樂、醫(yī)學(xué)等多個行業(yè)被廣泛應(yīng)用。2002年，學(xué)者泰諾在研究了著名的Maya及3dsmax三維動畫制作軟件之后，指出隨著上世紀(jì)90年代后期大型三維動畫軟件的出現(xiàn)，不僅成為了3D發(fā)展史上的一個個里程碑，同時也推動了三維動畫應(yīng)用領(lǐng)域的不斷拓展，并且隨著這些軟件功能的不斷強化，三維動畫的制作變得更加容易。 2009年，美國電影制片人喬里布爾針對2004年以來美國三維動畫電影的發(fā)展情況做了如下

22、評述：三維動畫獨特的美學(xué)特征，以及三維動畫與二維動畫在藝術(shù)表現(xiàn)力上的區(qū)別，使得三維動畫影片在2004年后的美國出現(xiàn)了新的潮流，美國動畫業(yè)者們只花了幾年時間就把三維動畫的潮流推向了全世界，他們輕松地把三維動畫將是世界動畫發(fā)展之趨勢這個概念普及到地球上每個能看到美國動畫電影的角落。1.2.1.2 國外3D軟件應(yīng)用研究三維動畫發(fā)展到如今，各種各樣的三維動畫制作軟件在世界上已經(jīng)出現(xiàn)了很多，這些制作軟件針對不同的表現(xiàn)內(nèi)容，其側(cè)重點有所不同，換句話說，3D軟件的多樣性和專業(yè)性正是它們競爭的主要優(yōu)勢。有著不同的專門軟件，多樣性、專業(yè)性是3d軟件的主要特點。眾多的3D軟件，包含著各自技術(shù)特點的建模工具，比較流

23、行的有：Patch與Surface面片、NURBS技術(shù)、多邊形建模、變形球建模等。在國外的眾多三維軟件的使用群體中，各類三維軟件的使用情況比較均衡，分布的標(biāo)準(zhǔn)一般都是根據(jù)三維動畫制作者本身的設(shè)計需求來進行的，總得說來，國外的三維動畫軟件使用群體可分為高、中、低端三類，高端用戶對三維動畫的需求一般包括建立影視人物特效、完成數(shù)字電影以及虛擬現(xiàn)實技術(shù)的應(yīng)用方面，這類用戶所使用的3D軟件主要有l(wèi)ightwave、softimage以及maya三種；中端用戶對三維動畫的需求一般包括影視廣告制作、建筑群體表現(xiàn)、教學(xué)動畫、游戲角色和畫面設(shè)計等方面，這類客戶所使用的3D軟件主要有rhino、3dsmax等；低

24、端用戶對三維動畫的需求一般包括產(chǎn)品的設(shè)計、小場景的展示、建筑物個體圖等方面，這類客戶所使用的3D軟件主要有cool 3d，speedtree等。2004年，美國學(xué)者Macocy在對Maya軟件在人物角色行走建模過程中的使用現(xiàn)狀進行了研究之后指出，Maya三維動畫軟件在復(fù)雜性和功能性上都比其它的三維動畫制作軟件更加強大，它具有強大的3D建模工具、動畫設(shè)計工作和燈光渲染處理，在各行業(yè)均有很廣泛的應(yīng)用。文中同時對在Maya三維動畫軟件中制作人物角色行走的流程和一些相關(guān)的注意事項進行了闡述，并通過分析人物在行走過程的重要特征，詳細論述了人物角色行走動畫的制作過程，并探討了Maya技術(shù)的一些具體應(yīng)用技巧

25、。2006年，學(xué)者Sennoca針對3dsmax三維動畫軟件的燈光進行了研究，指出3dsmax是當(dāng)前實際上較為領(lǐng)先的圖形圖像制作和處理軟件，它的應(yīng)用涉及到社會的各個領(lǐng)域，包括建筑、機械、動畫、影視、游戲等方面。作者針對3dsmax中燈光的程序設(shè)置、顏色、特效，并結(jié)合自身在攝影中的布光經(jīng)驗，就舞臺美術(shù)中利用3dsmax模擬舞臺燈光效果的實踐應(yīng)用進行了深入的分析。2009年，學(xué)者wade就3dsmax軟件在美術(shù)教學(xué)領(lǐng)域的應(yīng)用進行了研究，他在簡述了3dsmax軟件及其在美術(shù)設(shè)計中的應(yīng)用理論的基礎(chǔ)上，通過自身實際操作，結(jié)合本人的教學(xué)實踐，對3dsmax軟件在美術(shù)教學(xué)領(lǐng)域的主要應(yīng)用方式和操作技法進行了探

26、討。1.2.2 國內(nèi)研究綜述與國外相比，國內(nèi)的三維動畫技術(shù)發(fā)展要相對晚一點，盡管近年來國內(nèi)的三維動畫水平直線上升，但在很多具體的使用技巧與藝術(shù)表現(xiàn)方式上同國外的水平依舊存在一定差距。在3D軟件的使用方面，國內(nèi)的主流用戶一般都是以AutoDesk公司的3dsMax及Alias公司的Maya為主，有少許群體也使用如lightwave、softimage等。具體來說，國內(nèi)的使用者使用maya主要完成影視動畫的制作，使用3dsmax來完成影視廣告包裝、建筑動畫設(shè)計、網(wǎng)絡(luò)游戲角色、虛擬現(xiàn)實技術(shù)等，尤其是3dsmax已經(jīng)成為了當(dāng)今國內(nèi)用戶最多的三維動面軟件，也是銷量最多的建模軟件。近年來，國內(nèi)不少學(xué)者針對

27、3dsmax三維動畫制作軟件都進行了深入研究，比較有代表性的如下：2000年，學(xué)者閻偉在3dsmax與AutoCAD結(jié)合進行三維技術(shù)建模及動畫制作方法一文中指出3dsmax是一個將三維建模與動畫制完美融合為一體的功能十分強大的三維動畫制作軟件,而autocad是當(dāng)今世界上使用最廣的圖形軟件包，而且也具有三維制作功能。在此基礎(chǔ)上，文中分析了3dsmax與 autocad結(jié)合進行三維技術(shù)建模的方法，并對兩者的特點分別進行闡述，以及各自在建模過程中的優(yōu)勢與劣勢進行了分析，最后針對如何把二者充分結(jié)合起來進行三維建模的設(shè)計要點做了研究。2002年，學(xué)者楊東超，徐凱等人在利用3dsmax實現(xiàn)擬人機器人動畫

28、仿真一文中指出三維動畫的良好效果能夠為擬人機器人的步態(tài)規(guī)劃和運動學(xué)分析多個方面的研究工作提供形象逼真的可視化效果，在當(dāng)前多個能夠?qū)崿F(xiàn)動畫仿真的制作軟件中，3dsmax具有模型逼真、操作方便、易于改變等許多優(yōu)勢，因此文章中重點分析了如何利用3DSMAX實現(xiàn)擬人機器人動畫仿真以及使用這種方法的優(yōu)點。2004年，學(xué)者翟旭峰、朱杰杰等在文章3dsmax建模及其在虛擬現(xiàn)實中的應(yīng)用中指出3dsmax憑借其豐富的建模技術(shù)能夠達到對現(xiàn)實世界萬物的真實表現(xiàn)，它具有優(yōu)秀的動畫表現(xiàn)藝術(shù)，幾乎能夠把現(xiàn)實和理想中的任何動畫都能完美體現(xiàn)，所以它在工業(yè)產(chǎn)品包裝、影視廣告設(shè)計、建筑圖繪制等多個方面都得到了廣泛應(yīng)用，文中在對3

29、dsmax的各種不同建模方法進行介紹的基礎(chǔ)上，結(jié)合具體的使用實例，分析了3dsmax在虛擬現(xiàn)實中的應(yīng)用。2006年，學(xué)者潘修強在基于MultiGenCreator和3dsmax的虛擬漫游系統(tǒng)建模方法一文中指出虛擬現(xiàn)實是近年來十分活躍的技術(shù)研究領(lǐng)域，該領(lǐng)域是以眾多地高新技術(shù)作為匯集，主要包括計算機圖像圖形技術(shù)、圖像處理與模式識別技術(shù)、人工智能技術(shù)、多傳感器技術(shù)以及高度并行的實時計算技術(shù)。在此基礎(chǔ)上，文章針對古村落虛擬漫游系統(tǒng)中的建模問題,提出了將MultiGenCreator和3DSMAX兩種建模軟件相結(jié)合進行建模的具體方法，并保證了模型的逼真度和漫游系統(tǒng)的整體運行效率。2009年，學(xué)者李凌在基

30、于3DSMAX腳本語言及其實踐的研究一文中就計算機繪圖的兩種方式，即手繪方式和編程方式進行了研究。文中進一步提出根據(jù)圖形的復(fù)雜程度，可自由選擇繪圖方式，并重點介紹了3dsmax三維動畫制作軟件的結(jié)構(gòu)，討論鼠標(biāo)繪圖和MAXScript腳本語言編程繪圖的主要區(qū)別，之后深入探索了腳本語言編程的具體方法，之后給出實例驗證了程序的正確性。2010年，學(xué)者高文勝等人在三維動畫實用技術(shù)一書中以Maya基礎(chǔ)建模和3ds Max動畫設(shè)計為基礎(chǔ)，采用案例化的形式，循序漸進地對Maya三維軟件進行了詳細的介紹，同時解釋了Maya使用者在實踐過程中遇到的問題；同時，書中針對3dsmax三維動畫的相關(guān)知識進行了深入的闡

31、述，并以動物飛舞動畫、文字特效動畫、產(chǎn)品廣告動畫和廣告片頭動畫等方面的動畫實例做了詳細講解。 2011年，學(xué)者金秀蘭等人在如何建立游戲角色仿真人臉一文中指出，在游戲角色的人物造型中，設(shè)計并建立仿真的人臉是每一個三維動畫軟件使用者的主要目標(biāo)之一。文中指出要獲得真實和自然的仿真人臉作品，必須做好多步工作，主要包括有資料的收集、模型的規(guī)劃、紋理的繪制和最后的渲染等等，文中詳細講解并研究了建模的過程，重點針對如何使用Maya三維動畫制作軟件進行人臉模型的建立，對具體的工作流程、建模的不同方法、拓補結(jié)構(gòu)和常見的錯誤等方面進行了詳細分析。1.2.3 研究評述自三維動畫問世以來，伴隨著三維動畫制作軟件的出現(xiàn)

32、，三維動畫的制作朝著越來越強大、越來越簡單的方向發(fā)展?？梢钥闯?，近年來國內(nèi)外眾多學(xué)者針對三維動畫制作方面的研究涉及到了各個方面，前人的研究為后人的進一步應(yīng)用提供了巨大的參考價值和借鑒意義，尤其是國內(nèi)學(xué)者針對3dsmax軟件的研究更是豐富多彩，這與3dsmax軟件在我國擁有大量的使用群體有關(guān)，但是，3dsmax軟件作為游戲行業(yè)內(nèi)使用較多的建模軟件之一，國內(nèi)學(xué)者針對該方面角色建模方法的研究卻較為有限，無法形成體系。本文正是從這一角度出發(fā)，對3dsmax在游戲角色建模中的應(yīng)用進行研究，以此來補充國內(nèi)研究者對3dsmax在游戲領(lǐng)域內(nèi)的應(yīng)用理論和方法。1.3研究主要內(nèi)容和研究方法1.3.1 研究主要內(nèi)容

33、 本課題的研究，主要從3dsmax在游戲角色建模中的應(yīng)用進行研究，具體內(nèi)容分為以下幾部分： 第一部分 緒論。首先闡述了課題研究的背景和意義，在此基礎(chǔ)上對國內(nèi)外三維動畫領(lǐng)域的相關(guān)研究進行了綜述，最后指出了本文研究的主要內(nèi)容和方法。 第二部分 相關(guān)理論。本部分首先從三維動畫的基礎(chǔ)概念及基本原理出發(fā)，對三維動畫在游戲中的應(yīng)用進行分析；之后對3dsmax三維動畫制作軟件進行了全面介紹，最后指出三維建模的基礎(chǔ)知識。 第三部分 3dsmax游戲角色建模的技術(shù)分析。首先對3dsmax的建模方式進行闡述，之后對游戲中的角色模型規(guī)范進行了分析，最后重點對3dsmax在游戲角色建模中的理論和方法進行了研究。 第四

34、部分 游戲角色建模的后期處理。主要針對在建模完成后的后期技術(shù)進行具體分析，包括標(biāo)準(zhǔn)渲染、燈光、攝影機等，協(xié)助3dsmax角色建模的整體完成。第五部分 結(jié)論與展望。首先對全文進行總結(jié)，并指出課題研究可能存在的不足，最后對游戲領(lǐng)域的角色建模的發(fā)展趨勢進行了展望。1.3.2 研究方法為完成本課題，采取了以下一些研究方法和方案：一是文獻研究法。通過對國內(nèi)外大量有關(guān)3dsmax三維動畫技術(shù)文獻的研究，更加深入的了解了國內(nèi)外三維動畫技術(shù)的發(fā)展和現(xiàn)狀，為后文分析奠定了基礎(chǔ)。二是實例研究法：全文在分析3dsmax游戲角色建模的過程中，使用了一些具體的實例進行分析，有助于課題能夠直觀、形象地呈現(xiàn)給讀者。三是歸納

35、總結(jié)法：文中通過對3dsmax三維制作軟件多種建模方式的研究及分析，歸納總結(jié)出適合游戲角色建模的方式，并通過這種方式來完成具體的建模。第二章 三維動畫及其建模2.1 動畫及三維動畫2.1.1 動畫的基本概念顧名思義，動畫是基于運動的影像。理論界給予動畫的定義如下：動畫是通過技術(shù)手段完成以一定速率對一系列畫面進行連續(xù)播放的一種藝術(shù)，動畫利用的是人們的視覺暫留特點，和電影的原理類似，從視覺上給人們造成流暢且不間斷的變化影像效果1。實際上，動畫屬于幻想藝術(shù)，它比靜態(tài)畫面更容易表達人們的某些情感，甚至把人們無法從現(xiàn)實看到的畫面轉(zhuǎn)變?yōu)槟軌蛉庋壑苯佑^察到的影像，從而擴展了人類的創(chuàng)造空間和想象空間1，這使得

36、動畫的應(yīng)用在當(dāng)今社會日趨廣泛。動畫的制作必須具有創(chuàng)造性，而且是極具嚴(yán)謹(jǐn)性質(zhì)的，其制作的過程需要一整套非?？茖W(xué)、明確、完善的分工體系以及和創(chuàng)作流程，需要從設(shè)計者、技術(shù)人、管理者等眾多人員的角度，進行有機、統(tǒng)一的管理，才能夠保證動畫制作以高效、流暢的方式完成。2.1.2 三維動畫的基本概念三維動畫是動畫的一個分支，常常被稱為3D動畫1，具體是指在三維空間中進行制作的動畫，這個三維空間可以是真實的三維空間，也可是虛擬的三維空間，三維動畫是隨著計算機技術(shù)的不斷發(fā)展而產(chǎn)生的一種動畫技術(shù)，因此也使得通常人們所指的三維動畫是利用計算機軟件制作的三維動畫。實際上，無論是計算機的三維動畫還是傳統(tǒng)的手工制作的動畫

37、，都是通過三維的世界，在其中按照想要表現(xiàn)的對象的形狀、尺寸進行模型的建立，以及場景的建立，然后再根據(jù)要實現(xiàn)對象的動畫特征，完成其運動軌跡、攝影機運動等1。只不過在基于計算機技術(shù)的三維動畫中，其制作過程中的場景、角色、燈光和攝像機等都是虛擬化的。三維動畫的制作同樣需要把技術(shù)和藝術(shù)進行充分結(jié)合，一方面需要在技術(shù)上充分體現(xiàn)創(chuàng)意的特點，另一方面需要利用計算機技術(shù)在動畫色調(diào)、構(gòu)圖、鏡頭組接、節(jié)奏等方面進行藝術(shù)的創(chuàng)造，由于三維動畫中增加了較強的時間和空間的概念，所以在其制作過程中需要更多的按照影視藝術(shù)的規(guī)律來進行。2.2 三維動畫特點及應(yīng)用2.2.1 三維動畫的特點三維動畫的快速發(fā)展離不開計算機技術(shù)的發(fā)展

38、，從計算機軟硬件結(jié)合的角度來看待三維動畫，與傳統(tǒng)的平面動畫相比，可以發(fā)現(xiàn)其明顯的一些特點，概括如下：一是三維動畫具有更強的感染力和表現(xiàn)力。三維動畫依托計算機技術(shù)，能夠達到依據(jù)想象進行創(chuàng)作的目的，非常適宜表現(xiàn)真實物體，而且具有比平面動畫更強的感染力和整體表現(xiàn)力，同時，畫面表現(xiàn)力不會被傳統(tǒng)的攝影設(shè)備所限制，如在很多三維動畫的廣告作品中，設(shè)計者設(shè)計一些沒有生命力的物體根據(jù)音樂可以翩翩起舞，能夠?qū)⒂^看者帶入到超越現(xiàn)實的境界中，起到強烈的表現(xiàn)作用，從而喚醒人們的聯(lián)想。二是三維動畫具有超越性。三維動畫除了具有更加真實生動的表現(xiàn)特點之外，還具有很強的超越性，它可以構(gòu)造在現(xiàn)實世界中根本無法創(chuàng)造一些場景及運動，

39、甚至是相悖的形狀等，如在三維動畫的光線中，可以任意地設(shè)計想象中的光源形狀，圖形光源、流水光源，而且根據(jù)光源還能夠建立任意的折射、反射等，從而能夠達到一些超越現(xiàn)實的效果。三是三維動畫具有更高的藝術(shù)效果。通過三維動畫軟件，能夠達到對現(xiàn)有圖形及圖像的有效利用，所制作的很多視覺藝術(shù)效果是以往編輯機等無法實現(xiàn)的，例如制作的很多分形圖像，都具有極高的藝術(shù)效果，而且還包含復(fù)雜漂亮的自相似結(jié)構(gòu)，這些只需要經(jīng)過三維動畫軟件的精細加工，就可以出現(xiàn)更多的藝術(shù)效果，這不是普通的特技效果能夠比擬的2。四是三維動畫具有一定的復(fù)雜性。三維動畫技術(shù)發(fā)展到當(dāng)今階段，是在不斷與各類學(xué)科充分融合的基礎(chǔ)上進行的，這樣才能為電腦、電視

40、等視頻畫面提供更為豐富精彩的內(nèi)容，與三維動畫能夠充分結(jié)合的技術(shù)和學(xué)科可以包括激光技術(shù)、CT掃描技術(shù)、數(shù)學(xué)、物理學(xué)等。2.2.2 三維動畫的應(yīng)用領(lǐng)域隨著三維動畫技術(shù)的快速發(fā)展，三維動畫憑借上述優(yōu)秀的特點已經(jīng)越來越被人們所依賴，它所應(yīng)用的領(lǐng)域已經(jīng)非常廣泛，無論是簡單的幾何模型還是復(fù)雜的人物模型、藝術(shù)品模型等方面，三維動畫都能夠依靠其強大的視覺效果和功能得以實現(xiàn)，歸納起來，三維動畫技術(shù)的應(yīng)用領(lǐng)域主要有如下幾個方面：一是在建筑領(lǐng)域的應(yīng)用。現(xiàn)階段，三維動畫技術(shù)在建筑領(lǐng)域應(yīng)用比較普及，從早期的單一建筑動畫到如今的多元化創(chuàng)意建筑動畫，三維動畫技術(shù)在建筑領(lǐng)域?qū)崿F(xiàn)了跨越式的突破應(yīng)用，不僅是制作技術(shù)上的提升，更是

41、創(chuàng)新手段的提升，如今，建筑三維動畫從腳本創(chuàng)作到完美的模型制作，再加上富有感染力的音樂，所制作出的三維動畫水平節(jié)節(jié)攀升，如今很多的建筑多媒體工作室能夠制作建筑漫游動畫、小區(qū)游覽動畫、樓盤三維動畫、建筑工程動畫等。二是在城市規(guī)劃領(lǐng)域的應(yīng)用。在很多的城市規(guī)劃中，包括道路規(guī)劃、公用設(shè)施規(guī)劃、市政規(guī)劃、形象規(guī)劃、數(shù)字化規(guī)劃等多個方面都應(yīng)用了三維動畫技術(shù)，通過這種技術(shù)，能夠完美地展現(xiàn)各種規(guī)劃的實際效果，并給予觀看者較好的視覺享受，各種設(shè)施表現(xiàn)的淋漓盡致，從而增強規(guī)劃的感染力和藝術(shù)性。三是在旅游領(lǐng)域的應(yīng)用。旅游領(lǐng)域應(yīng)用三維動畫技術(shù)的主要用途是在旅游資源的開發(fā)、景點的宣傳、旅游點地貌展現(xiàn)、景區(qū)綠化等方面，使用

42、三維動畫技術(shù)對景區(qū)景點進行表現(xiàn)，其效果具有形象、立體、生動的特點，是普通的效果圖無法比擬的，此外，三維動畫技術(shù)在旅游景區(qū)的植物模型技術(shù)上也有了較為成功的技術(shù)和手法，制作出的植物更加逼真，使得旅游景點的植被規(guī)劃更為直觀。四是在產(chǎn)品展示領(lǐng)域的應(yīng)用。三維動畫技術(shù)在工業(yè)產(chǎn)品方面應(yīng)用非常廣泛，如很多的汽車動畫、輪船動畫、艦艇動畫、飛船動畫、通訊設(shè)備動畫、監(jiān)控設(shè)備動畫等，此外在一些機械產(chǎn)品方面，包括機械部件動畫、鉆井設(shè)備動畫、發(fā)動機模擬動畫；產(chǎn)品生產(chǎn)流程動畫等方面2。 五是在影視廣告領(lǐng)域的應(yīng)用。三維動畫廣告是目前廣告業(yè)普遍采取的一種表現(xiàn)方式，很多廣告中使用的一些動態(tài)特效都是利用三維動畫來完成的，將三維動畫

43、技術(shù)在廣告領(lǐng)域中更好的應(yīng)用，將有助于為各行各業(yè)的廣告創(chuàng)造更多地商業(yè)價值。在影視方面，當(dāng)前的三維動畫技術(shù)已經(jīng)涉及到影視前期拍攝、特技效果、后期合成等多個方面，三維動畫技術(shù)不僅大幅度擴展了影視拍攝時候的物理局限性，而且獲得了更大的視覺效果，在一定程度上降低了由于影視實拍所帶來的成本。在一些專業(yè)地制作影視動畫的計算機設(shè)備支持下，影視當(dāng)中的三維動畫從簡單特效到復(fù)雜場景都能表現(xiàn)地非常完美。六是在游戲領(lǐng)域的應(yīng)用。在經(jīng)歷了二維技術(shù)枯燥的游戲畫面之后，三維動畫技術(shù)在游戲領(lǐng)域得到了快速的發(fā)展，基于三維動畫的游戲已經(jīng)占據(jù)了大量的游戲市場，在游戲領(lǐng)域中，運用三維技術(shù)進行片頭動畫的制作，包括游戲宣傳片片頭，游戲片頭等

44、；以及進行游戲角色的制作等，如經(jīng)典的網(wǎng)絡(luò)游戲魔獸世界的片頭及其游戲角色中就大量使用了三維動畫技術(shù)。2.3 三維動畫制作的一般過程 三維動畫的制作有其固定的流程，可以將這些流程劃分為三個階段，分別為前期制作階段、動畫制作階段、后期處理階段。首先是前期制作階段。前期制作階段主要是指在使用三維動畫軟件進行制作之前，針對三維動畫的整體進行規(guī)劃與設(shè)計的一個過程，可以包括有背景創(chuàng)作、劇本創(chuàng)作、造型的設(shè)計以及場景的設(shè)計等。進行前期制作的主要目的是要將一些文字的東西進行視覺化，從而具備從視覺角度進行創(chuàng)作的可能，達到體現(xiàn)三維動畫創(chuàng)作的設(shè)想和藝術(shù)效果的目的。在前期制作階段主要采取的方式可以是圖片與文字結(jié)合的方式，

45、所表達的內(nèi)容有運動方式、光影構(gòu)圖、時間控制、音效音樂等2，其中特別注意的是在造型設(shè)計環(huán)節(jié)，應(yīng)對三維動畫所涉及的人物造型、物件造型等按照顏色的設(shè)計要求進行，如角色的外形與動作、可通過轉(zhuǎn)面圖、分解圖、比例圖來實現(xiàn)。旨在要突出造型的明顯特征，并使其運動符合一般規(guī)律。其次是動畫制作階段。動畫制作階段是三維動畫技術(shù)中最為重要的階段，也是其核心階段，主要是根據(jù)前期的制作和設(shè)計，使用計算機三維動畫軟件中相應(yīng)的工具和技術(shù)，進行動畫片段的制作，其關(guān)鍵的流程包含有：建模、材質(zhì)、燈光、動畫、攝影機、渲染等，這幾乎是所有三維動畫制作所必須的。建模的概念是三維動畫的設(shè)計者根據(jù)先前的造型設(shè)計，利用專業(yè)的建模軟件在計算機中

46、進行角色模型的具體繪制的過程，這是大部分三維動畫中最重要的工作，也是最復(fù)雜的工作之一，所有在三維動畫中出現(xiàn)在場景中的物體都需要進行建模，建模的關(guān)鍵點在于其創(chuàng)意，而核心點則是構(gòu)思，完美的三維建模并不在于其精確性，而更多地在于其藝術(shù)性3。材質(zhì)即材料的質(zhì)地，是在建模的基礎(chǔ)上，對模型進行表面特性的賦予，從而表現(xiàn)出物體的特點，如顏色、粗糙程度等。燈光的概念是在三維動畫中盡可能地模擬自然界的基本光線類型，燈光一般包括有泛光燈和方向燈，主要作用是對場景照明和增加效果的作用。動畫，是指的根據(jù)一些動作設(shè)計，結(jié)合已經(jīng)設(shè)計的造型，在三維動畫軟件中制作出多個動畫片段，從而實現(xiàn)造型動作的變化，這主要通過關(guān)鍵幀來實現(xiàn)，關(guān)

47、鍵幀之間的過渡則是計算機來處理，如根據(jù)動畫中人物講話的方式，來進行人物口型的變化等。攝影機重點完成對其控制的過程，主要根據(jù)三維動畫軟件中攝影機工具，實現(xiàn)分鏡頭動畫設(shè)計的效果，要求其畫面穩(wěn)定、效果流暢。渲染主要是指依據(jù)三維動畫場景的設(shè)置、以及角色的材質(zhì)、燈光等，由三維動畫軟件整合為一幅完整畫面的過程，三維動畫必須經(jīng)過渲染才能完成輸出3。最后是后期處理。后期處理主要是根據(jù)前面所完成的設(shè)計和制作，使用非線性的編輯軟件對動畫進行編輯，從而生成最終的動畫文件。2.4 3DSMAX軟件簡介3DSMAX全稱為3D STUDIO MAX，它是全球第四大計算機軟件公司Autodesk公司的著名產(chǎn)品，也是是全球銷

48、量最好的三維動畫及建模軟件，全球有大量的基于個人計算機平臺的專業(yè)藝術(shù)家、動畫師、廣播電視及電影特技制作者都選擇并使用了3DSMAX，該軟件被廣泛用于角色動畫、室內(nèi)效果圖、游戲開發(fā)、虛擬現(xiàn)實等領(lǐng)域，獲獎無數(shù)，深受廣大使用者的歡迎。由于它不但是基于微軟windows系列操作系統(tǒng)的，而且其相對低廉的價格優(yōu)勢，所以成為目前個人PC上最為流行的三維建模軟件3。目前，3DSMAX的最新版本為3DSMAX 2012，與前面的版本相比，該版本具有以下明顯的特性： 一是該版本的工作流模式更加高效，在以往版本工作流模式的基礎(chǔ)上，Autodesk更新了工作流模式，這使得各組之間的工作協(xié)調(diào)更加完善，效率更高，該版本在

49、具體的實現(xiàn)上主要從外部體系、視圖以及現(xiàn)在其它程度對軟件的外部控制方面進行了改進。二是該版本對軟件易用性方面進行了改進。新版本對原有的軟件操作界面進行了部分改進，除了基本的外觀變化之外，還增強了用戶的自定義功能、插件代碼編輯功能，同時使得主界面更加具有藝術(shù)性和交互性，達到了充分滿足用戶個性化需求的目標(biāo)。 三是對軟件渲染功能的改進。實際上，對渲染功能的改進是在Autodesk公司收購了logic公司之后就一直在致力改進的方面，logic公司曾以渲染技術(shù)著稱，收購該公司后，Autodesk充分吸收了logic的先進技術(shù)，對軟件的渲染器做了重新設(shè)計，不斷連接并集成高級渲染器，產(chǎn)生了更好的渲染效果。四是

50、對動畫功能進行了改善，在前面幾個版本內(nèi)置了制作角色動畫的功能的基礎(chǔ)上，3DSMAX 2012又增加了大量的第三方內(nèi)置程序，如Discreet公司開發(fā)的Studio程序，為軟件提供了一些角色動畫及群組動畫的拓展方案，大幅度地促進了動畫視覺效果。 總之，3DSMAX作為全球最為出色的三維動畫制作軟件之一，不僅為使用者提供了基于微軟Windows平臺的動畫制作、三維建模等功能，而且為圖像處理技術(shù)的簡化作出了巨大的貢獻。2.5三維建模及其重要性 如今的時代，我們生活的任何環(huán)境，幾乎都離不開數(shù)字化的概念，數(shù)字化帶動了三維動畫技術(shù)的發(fā)展，日常生活中的影視廣告、網(wǎng)絡(luò)游戲、海報雜志等都在很大程度上受到了三維動

51、畫的影響，并或多或少對其進行了應(yīng)用。盡管三維動畫技術(shù)的發(fā)展時間很短，但其影響卻越來越重要。在三維動畫制作中，建模過程是最為重要的階段，因為建模所生成的模型不但是材質(zhì)的載體，而且也是后期處理的主要對象，三維模型是整個三維動畫的主人。一個三維動畫的完美與否，效果優(yōu)劣，都與三維建模有著必然的聯(lián)系，如在一些電影特技中，很多特效是建立在對人物進行三維建模的基礎(chǔ)上的，幾乎所有的三維動畫應(yīng)用，都離不開三維動畫中的模型，模型通過三維建模來完成，三維建模已經(jīng)成為了人們?nèi)粘Ｉ钪胁粩嘟佑|的事物之一，無論是影視領(lǐng)域還是游戲領(lǐng)域，都充斥著依靠三維建模得到的三維模型。目前比較流行的單機游戲反恐精英、極品飛車等都大量應(yīng)用

52、了三維建模，這些游戲?qū)θS動畫建模技術(shù)的應(yīng)用，不僅受到了廣大游戲愛好者的追捧，也造就了很多巨大的游戲產(chǎn)業(yè)，如暴雪公司、盛大游戲公司等。下圖2-1為游戲反恐精英的截圖：圖2-1 游戲反恐精英截圖可以看出，三維建模不僅是三維動畫制作者的藝術(shù)創(chuàng)作基礎(chǔ)，同時也是影響三維動畫最終效果的因素。目前，在大量的領(lǐng)域都使用了三維動畫制作軟件，三維建模的方法已經(jīng)越來越接近普通大眾的生活，那么，如何使用合適的建模軟件，并按照成熟的建模方法，把握三維動畫中需要表現(xiàn)的模型的特征與要求而進行合理快速地建模就顯得異常重要了。第三章 游戲角色建模的技術(shù)分析3DSMAX軟件之所以風(fēng)靡全球，除了與其能夠運用于微軟的windows

53、操作系統(tǒng)之外，還得益于軟件具有強大的三維建模功能。三維動畫設(shè)計師使用3DSMAX，可以很輕松地進行產(chǎn)品模型、人物模型的設(shè)計，無論從電影特技、建筑裝潢，還是游戲開發(fā)、教學(xué)演示等方面，3DSMAX的三維建模技術(shù)都另使用者癡迷。3.1 3DSMAX建模方法分析3.1.1 3DSMAX建模的主要特點3dsmax軟件的建模具有以下幾大特點：一是3dsmax擁有靈活多樣的建模方法，針對一個動畫中的物件，軟件可以使用不同的建模方法進行建模，沒有多余的限制，非常靈活且自由。二是使用3dsmax進行建模后，模型主要分為兩種形態(tài)，即參數(shù)類形態(tài)和自由修改類形態(tài)，參數(shù)類形態(tài)能夠向自由修改類形態(tài)塌陷，但自由修改類形態(tài)無

54、法轉(zhuǎn)換為參數(shù)類形態(tài)。三是3dsmax的建模具有堆棧式的修改模式，在3dsmax中，任何自行建立的或者由其它方式導(dǎo)入的對象都能夠為其加上編輯器，而且編輯據(jù)是堆棧式的，可以隨意進行疊加和位置更換。四是3dsmax能夠進行子對象的修改，主要是指在軟件中可以把一個多邊形物體作為父對象，而把這個父對象的點、邊、界、面與元素作為子對象，能夠通過修改父對象，甚至是子對象來達到期望的效果。3.1.2 3DSMAX建模的主要方法 前文說過，在3dsmax中，擁有多種建模方法，主要有多邊形建模、面片建模和非均勻有理B樣條建模4，現(xiàn)將這三種方法進行具體分析。3.1.2.1 多邊形建模多邊形建模是3dsmax最基本的

55、建模方法之一，也是歷史最為悠久的，應(yīng)用最廣泛的建模方法。眾所周知，日常生活中在屏幕上看到的幾何圖形都是由被稱為“面”的許多相互連接的小三角形組成，每個“面”有不同的尺寸和方向，通過排列這些面，可以用非常簡單的三維模型建立起非常復(fù)雜的三維模型。多邊形建模就是基于這樣一個原理，通過改變面的尺寸和方向，便可以制成彎曲，扭轉(zhuǎn)等簡單的動畫或更復(fù)雜的動畫，并且通過增加更多的細節(jié)，會使模型更加具體化。多邊形建模的主要步驟是先進行幾何體的初步創(chuàng)建，然后根據(jù)具體需求運用編輯器進行幾何體的形狀調(diào)整，也可以通過使用布爾運算，曲面片造型組合的方式來進行對象的構(gòu)建。多邊形模型的構(gòu)造實質(zhì)是一系列節(jié)點的連接，如果模型中的每

56、一個面都與至少其他三個面共享一條邊，那末，該模型就是“閉合”的。如果模型中包括不與其他面共享邊的面，則該模型被認(rèn)為是“開放”的，日常處理的大多數(shù)都是“閉合”的，只有當(dāng)你打算用另一個對象去填充開放區(qū)域時，才需要一個開放的模型。使用多邊形可以為任何事物建模，事實上，沒有多少事物不能使用多邊形建模，通過使用足夠的細節(jié)，你可以創(chuàng)建任何表面，其中有些模型，更適合于用多邊形方法建立，例如趨于正方形的模型使用多邊形建模是最有效的。建筑模型是最常見的多邊形建模。由于許多物體都有角，如窗，墻，門等，因而用多邊形建模最合適，也就是說，多邊形建模一般適應(yīng)于創(chuàng)建一些形狀較為規(guī)則、沒有曲面的模型，其主要特點是建模方法簡

57、單，且非?？焖?；但是，多邊形建模方法也有它的不足，當(dāng)表現(xiàn)細節(jié)過多時，會隨著面數(shù)的增加，軟件的性能也會顯著下降。 如下圖3-1所示為使用多邊形建模方式建立的模型。圖3-1 使用多邊形建模方式建立的模型3.1.2.2 面片建模面片是Bezier（貝塞爾）面片的簡稱，是3dsmax軟件提供的又一種表面建模的方法。軟件中的面片并非通過面來進行構(gòu)造，而是利用邊界進行的，也就是說邊界的位置和方向?qū)嶋H上決定了面片的具體形式，在3dsmax軟件中，能夠創(chuàng)建兩種類型的面片，分別為四邊形面片與三角形面片，這兩種面片類型都是基于Bezier曲線，在編輯對象時會產(chǎn)生不同的效果，三角形面片只影響共享邊界的頂點，不影響對角頂點的表面，因此當(dāng)彎曲對象時其邊界較銳利，能夠形成明顯的褶皺；而四邊形面片在編輯時，對角的節(jié)點也相互影響，能夠產(chǎn)生較為平滑的表面。如下圖3-2為兩種不同的面片：圖3-2 四邊形面片與三角形面片典型的Bezier曲線使用四個頂點來控制和生成曲線，曲線經(jīng)過第一個點和最后一個點，以及中間的兩個控制點決定了曲線的彎曲方式，面片模型中的頂點是Bezier曲線通過的端點，頂點是對象表面的一部分，格子上的矢量手柄定義樣條曲線的其他兩個控制點