淺析三維動畫發(fā)展應用與動畫制作Maya技術

1、科研技能訓練淺析三維動畫發(fā)展應用與動畫制作Maya技術專 業(yè) 名 稱： 信息管理與信息系統(tǒng)專業(yè) 學 生 姓 名： * 學 生 學 號： * 指 導 教 師： * 7 / 10摘 要隨著三維動畫的迅速發(fā)展，整個世界都掀起了三維動畫的熱潮，中國也不例外。它已經(jīng)滲透到人們生活的許多方面，比如說動畫業(yè)、廣告業(yè)和電影業(yè)。經(jīng)?？梢钥吹饺S動畫的出現(xiàn)。人們對物質文化需求越來越高，而三維動畫是計算機圖形學和藝術相結合的產(chǎn)物，從而給人們提供了一個充分展示自我想象力和藝術才能并滿足人們休閑娛樂的數(shù)字科技。Maya是世界頂級的三維動畫軟件，應用對象是專業(yè)的影視廣告，角色動畫，電影特技等，是當前三維動畫業(yè)所關注的焦點

2、之一，掌握了Maya這種新一代全新架構的動畫軟件會極提高制作效率和品質，調節(jié)出仿真的角色動畫，渲染真實效果。Maya的兩項關鍵技術建模與貼圖。作為動畫設計的佼佼者，以其強大的優(yōu)勢傲視群雄，其制作優(yōu)勢以與新技術的不斷推出讓更多的動畫設計師所青睞。關鍵詞： 三維動畫；Maya；動漫Abstractwith the rapid development of the three dimensional animation, the whole world is raised a hot wave of 3 d animation, China is no exception. It has penet

3、rated into many aspects of people's life, such as the animation industry, the advertising industry and the film industry. Often can see the emergence of 3 d animation. People's growing material and cultural needs more and more high, and the three dimensional animation is a combination of com

4、puter graphics and art, which provides people with a full display self imagination and artistic talent and meet people leisure entertainment digital technology. Maya is the world's top three dimensional animation software, the application object is a professional film and television advertising,

5、 character animation, film special effects, etc., is the focus of the current 3 d animation industry, one of the mastery of the new generation of new architecture animation software Maya this will greatly improve production efficiency and quality, adjusting the simulation character animation, render

6、ing the real effect. Maya two key technologies of the modeling and texturing. As animation design, with its powerful advantages the standings, make its advantages as well as new technology continuously introduce more animation designer.Keywords:The three dimensional animation；Maya；anime1 緒論 1.1論文研究背

7、景與意義在各類動畫當中，最有魅力并動用最廣的當屬三維動畫。二維動畫可以看成三維動畫的一個分支，三維動畫軟件功能愈來愈強大，操作起來也是愈來愈容易，這使得三維有更廣泛的運用，畢竟我們的世界是立體的，只有三維才讓我們感到更真實。今天，電腦的功能愈來愈強大，以至我們不僅可以看到地方電視臺的欄目包裝與廣告中充滿電腦動畫特技，更有不少電腦愛好者在自已的個人電腦上玩起了動畫制作。現(xiàn)今三維動畫的運用可以說無處不在，網(wǎng)頁、建筑效果圖、建筑瀏覽、影視片頭、MTV、電視欄目、電影、科研、電腦游戲等。無論是影視特效制作還是動漫產(chǎn)業(yè)都是由專業(yè)人員利用電腦軟件完成的，當今主流的制作軟件是Maya，它在此領域中幾乎形成了

8、壟斷地位。Maya的誕生確實是一個新紀元，以往人們更多地使用3D MAX，這個軟件也不錯，只是它更多的效果制作依賴于外部插件雖然Maya制作一個項目比3D MAX花更多時間和步驟，但在生成圖像上比用3D MAX生成的圖像具有更多的細節(jié)。AliasWavefront推出的Maya可以說是當前三維動畫業(yè)所關注的焦點之一它是新一代的具有全新架構的動畫軟件。從Maya這個古老而又神秘的名字就可以看出，這個軟件蘊涵著巨大的能量。2三維動畫藝術發(fā)展應用2.1 三維動畫藝術的概述三維動畫又稱3D動畫,是近年來隨著計算機軟硬件技術的發(fā)展而產(chǎn)生的一項新興影視藝術。全電腦三維動畫主要是指完全由計算機生成的三維動畫

9、,它通過三維動畫軟件首先建立一個虛擬的三維世界,設計師在這個虛擬的三維世界中按照要表現(xiàn)對象的形狀、尺寸、位置建立模型,并對物體賦予顏色、肌理和材質,設置光源,然后根據(jù)要求設定模型的運動軌跡,最后通過模擬的攝像機鏡頭全方位的運動、漫游,輸出生成最后的動態(tài)畫面。簡單來說,就是利用計算機進行動畫的設計、創(chuàng)作與制作,產(chǎn)生真實的立體場景與動畫1。2.2 三維動畫的發(fā)展史三維動畫是建立在動畫藝術和電腦軟硬件技術發(fā)展基礎上而形成的一種相對的獨立新型的藝術形式。到目前為止，大概分為3個階段：第一階段大概在1995年至2000年之間，這是三維動畫的起步以與初步發(fā)展時期。在這一階段，迪斯尼在三維動畫影片市場占著行

10、業(yè)領導的角色。2001年至2003年為第二階段，此階段是三維動畫的迅猛發(fā)展時期。在這一階段，三維動畫從“一個人的游戲”變成了皮克斯和夢工場的“兩個人的撕咬”：你（夢工場）有怪物史瑞克，我（皮克斯）就開一家怪物公司；你（皮克斯）搞海底總動員，我（夢工場）就發(fā)動鯊魚黑幫。從04年開始，三維動畫影片步入其發(fā)展的第三階段全盛時期。在這一階段，三維動畫將演變成“多個人的游戲”：華納兄弟電影公司推出圣誕氣氛濃厚的極地快車；曾經(jīng)成功推出冰河世紀的福克斯再次攜手在三維動畫領域與皮克斯、夢工場的PDI齊名的工作室，為人們帶來冰河世紀2，而迪斯尼也將推出第一部獨立制作的三維動畫影片小雞2。2.3三維動畫在影視制作

11、中的應用三維動畫從制作流程上來看,屬于影視后期制作的疇。三維藝術創(chuàng)作主要應用在電影、電視節(jié)目的特技效果的后期制作中,可以說三維動畫是影視后期制作的重要核心組成部分。三維藝術使特技制作有了更多的藝術表現(xiàn)手段,傳統(tǒng)特技用化妝、機械模型等來模擬需要的形象,現(xiàn)在很多時候已采用三維動畫來完成。從三維動畫的效果來看,三維動畫為影視后期合成提供了非常豐富的素材,其強大的功能可以逼真地模擬現(xiàn)實世界中的各類事物,讓更多虛擬的元素進入作品,能輕松完成現(xiàn)實拍攝和制作中無法做到的工作,其超炫的特效為影視作品帶來華美的包裝,三維動畫可大大節(jié)約節(jié)目制作成本,特別是大場面的模擬效果,如電影赤壁中火燒赤壁的場面3。2.4 中

12、國三維動畫在其他行業(yè)的應用三維動畫在廣告的設計、研究、包裝和宣傳方面有著重要的作用,使廣告更具藝術性和欣賞性;音樂MTV是當今一種重要的音樂媒體,而后期的三維動畫藝術設計使MTV更加唯美;三維動畫是藝術家表現(xiàn)藝術的新工具,可以表現(xiàn)出立體的、極具抽象的甚至荒誕離奇的藝術形象;電腦游戲在娛樂業(yè)中占據(jù)著巨大的市場份額,當電腦游戲引進大量的三維動畫藝術時,其真實性和欣賞性大大加強,從而吸引更多客戶;在裝潢設計領域,三維動畫可以使繪制的效果圖和模型更加直觀、精確,還可借助三維手段進入建筑物部觀察,全方位進行了解;在機械制造業(yè),利用三維動畫設計可以模擬新產(chǎn)品的運行,與時做出修正4。3 Maya設計的優(yōu)勢3

13、.3.1 Maya概述21世紀是信息革命的時代，也是文化藝術創(chuàng)新的時代。隨著高科技數(shù)字影視編輯系統(tǒng)的不斷發(fā)展，動態(tài)影視、動態(tài)圖像與網(wǎng)絡互動圖形設計在影視廣告、MTV、電視片頭乃至電影特技中的運用越來越頻繁。與傳統(tǒng)的靜態(tài)圖形為主的視覺傳達設計相比，動畫設計更滿足人們尋求動、靜、變，豐富視覺感官的多種要求。而Maya作為動畫產(chǎn)業(yè)的主要軟件工具之一，憑借其強大的動畫創(chuàng)作功能，正在改變動畫的歷史面目5-6。3.2角色動畫的形象突破Maya 在動畫設計中憑借其表情的數(shù)字化技術，能達到栩栩如生的角色動畫。例如在魔比斯環(huán)中，三維人物真實的表情、細微的人物心理刻畫、以與靈活的人物動作都是 Maya 的功勞。在

14、 Maya 所提供的直觀工作環(huán)境中，可以把微妙的表情賦予數(shù)字角色，就好象是在執(zhí)導一批真正的演員，可以把多種嵌行為或高級控制加入到每一次的數(shù)字創(chuàng)作中，從而達到理想絢麗的動畫效果7。Maya的優(yōu)勢具有不可替代性，與3D MAX相比較，Maya的應用對象是專業(yè)的影視廣告、角色動畫、電影特技等,Maya功能完善，工作靈活，易學易用，渲染真實感極強，能極提高制作效率和品質，調節(jié)出仿真的角色動畫；其次Maya不僅包括一般三維和視覺效果制作的功能，而且還與最先進的建模、數(shù)字化布料模擬、毛發(fā)渲染、運動匹配技術相結合8。3.3強大的粒子系統(tǒng)和動力學的應用粒子系統(tǒng)已經(jīng)成為當今動畫軟件的重要組成部分，它的豐富程度也

15、就成為動畫軟件功能強弱的集中體現(xiàn)。Maya有著非常強大的粒子系統(tǒng)，它擁有許多完備的參數(shù)設置，而且現(xiàn)在我們還可以任意地根據(jù)建模的形狀定義粒子的形態(tài)，這樣很大程度上增強了粒子系統(tǒng)的靈活性和藝術表現(xiàn)力，而這在以前的三維軟件里是不可能做到的。例如：小溪緩緩流下高山，原子彈模擬爆炸，遨游太空行走，Maya 為實現(xiàn)上述種種效果提供了一個豐富的工具庫，使得動畫師可以簡便地設置模型或粒子關系，來精確地模擬真實世界中存在的一些作用力（如摩擦、重力和風），而這在過去用二維Flash軟件要花上幾個小時的時間用關鍵幀方法才能實現(xiàn)。又如用動力學做一個打高爾夫球的動畫：先建一個高爾夫球的場景（有高爾夫球、球桿、球洞與地面

16、）；然后定義球與球桿都是主動剛體，地面是被動剛體；同時定義球和地面發(fā)生碰撞；接著給球加一個拉力，給整個場景加一個重力，這時球受拉力的影響打向球洞，而這些球在受到一個外來力之后，Maya 會自動算出它們倒下的姿勢和地面發(fā)生碰撞后的結果（球形態(tài)不一定躺在地面上）。而這一切都不用關鍵幀，而是通過動力學 Maya 能自動算出結果。和真實世界一樣，在這個動畫里，可以通過設定高爾夫球碰撞時的速度、角度和旋轉來實現(xiàn)擊球。3.4 Maya的高級應用Maya Artisan：Maya 中有一個 Artisan 工具，運用它能隨意雕刻 NURBS 面，從而生成各式各樣繁復的形象，如果有數(shù)字化的輸入設備如數(shù)字筆，就

17、更能隨心所欲地制作出各種復雜的模型。Maya Artisan 為動畫師提供了創(chuàng)造性的控制方式和直觀的現(xiàn)代畫筆來修改模型，實現(xiàn)選擇控制點或指定簇的權重等。采用 Artisan，我們甚至可以為柔體的不同部位“畫上”不同的目標權重，或在 NURBS曲面上“畫出”粒子發(fā)生器。我們可以像捏橡皮泥般地捏出一個造型，Maya Artisan 讓藝術家們覺得原來計算機也這么友好，這么方便。Maya F/X 以與相關的粒子插件運用：火苗升騰起的煙霧漸漸變成一個妖怪泥地中的一串腳印火海噴氣引擎尾氣曾幾何時，要想惟妙惟肖地生成以上這些效果是那么的艱難，而現(xiàn)在有了 Maya F/X，我們可以簡便地生成靈活的軟性物體和

18、復雜的粒子系統(tǒng)，使其與真實世界的物理運動相一致，并與場景中其它模型協(xié)調綜合作用，達到出乎意料的動畫效果。Maya power Modeler：Maya power Modeler 是 Maya 人物建模工具的完美補充。它為動畫師們提供了在設計真實世界機械裝置時所必須的精確度，使得我們所要求的每個精確數(shù)值（如某個轉角的半徑）都不差分毫，動畫師可借助Maya power Modeler 工具精確地完成動畫制作過程中的細節(jié)計算和微調9。3.5開創(chuàng)性的制作工具Maya 作為強大的動畫設計工具，有著很多獨立的動畫設計工具，這些工具讓動畫更加栩栩如生、人物形象更加逼真。Maya 中 Maya Cloth

19、是一種布料模擬和仿真的軟件工具。三維動畫師可以利用它創(chuàng)建真實生動的布料。比如為動畫中的三維形象制作各種上衣、裙子、褲子、飄帶、披肩等布制或其它材料制作的柔性飾物。還可以應用動力學系統(tǒng)對布料對象的動態(tài)動作進行模擬和仿真，制作出現(xiàn)實世界中布制物品的運動效果。以前我們不得不面對這種令人尷尬的現(xiàn)實：給心愛的角色千篇一律地套上生硬無比的“鐵衣鋼褲子”，但現(xiàn)在我們可以借助 Maya Cloth 為心愛的角色獨自制作衣服。Fur 是 Maya8.5 版本的一個組件，利用 Fur 可以在多層面 NURBS 曲線模型上創(chuàng)建帶有紋理和陰影的逼真的毛皮和短發(fā)，既可以設置毛皮的屬性，如顏色、長度、寬度、禿度、透明度、

20、凹凸，也可以利用 MayaArtisan，把大多數(shù)毛皮的屬性直接畫到表面上并且梳理毛皮。影片獅子王里的動物造型就充分利用牽引系統(tǒng)（Attractor System），定出毛皮的運動，或是毛皮對動力場的反應，創(chuàng)作出我們所需要的動畫效果。Maya live也是動畫師們的一個常用工具，它能把非線性編輯與后期合成的部分容加入三維制作過程中，解決了三維虛擬對象與視頻圖像對位合成的難題。Maya live 能自動進行并加速完成與移動匹配的這種耗時的處理任務。匹配移動是由計算機產(chǎn)生（CG）場景的活動電影膠片來匹配攝像機或物體的移動。為了做到這一點，必須重建活動場景中三維對象的復制品，它包括物體間的相對位置和

21、場景中攝像機或物體的移動。由于與 Maya 集成，匹配移動過程與我們做的動畫配合得天衣無縫，可以很容易地把 CG 物體載入到場景中去，進行對處理的檢驗10。3.6 Maya的工作流程01. 概念設計業(yè)通用的專業(yè)動畫流程前期制作，02. 容包括根據(jù)劇本繪制的動畫場景、角色、道具等的二維設計以與整體動畫風格定位工作，03. 給后面三維制作提供參考。04. 分鏡故事板根據(jù)文字創(chuàng)意劇本進行的實際制作的分鏡頭工作，05. 手繪圖畫構筑出畫面，06. 解釋鏡頭運動，07. 講述情節(jié)給后面三維制作提供參考。08. 3D粗模在三維軟件中由建模人員制作出故事的場景、角色、道具的粗略模型。09. 為Layout做

22、準備10. 3D故事板（Layout）用3D粗模根據(jù)劇本和分鏡故事板制作出Layout（3D故事板）。其中包括軟件中攝像機機位擺放安排、基本動畫、鏡頭時間定制等知識。3D角色模型3D場景道具模型根據(jù)概念設計以與客戶、監(jiān)制、導演等的綜合意見，在三維軟件中進行模型的精確制作，是最終動畫成片中的全部“演員”。貼圖材質根據(jù)概念設計以與客戶、監(jiān)制、導演等的綜合意見，對3D模型 “化妝”，進行色彩、紋理、質感等的設定工作，是動畫制作流程中的必不可少的重要環(huán)節(jié)。骨骼蒙皮根據(jù)故事情節(jié)分析，對3D中需要動畫的模型（主要為角色）進行動畫前的一些變形、動作驅動等相關設置，為動畫師做好預備工作，提供動畫解決方案。分鏡

23、動畫參考劇本、分鏡故事板，動畫師會根據(jù)Layout的鏡頭和時間，給角色或其它需要活動的對象制作出每個鏡頭的表演動畫。燈光根據(jù)前期概念設計的風格定位，由燈光師對動畫場景進行照亮、細致的描繪、材質的精細調節(jié)，把握每個鏡頭的渲染氣氛。3D特效根據(jù)具體故事，由特效師制作。若干種水、煙、霧、火、光效在三維軟件（maya）中的實際制作表現(xiàn)方法。分層渲染/合成動畫、燈光制作完成后，由渲染人員根據(jù)后期合成師的意見把各鏡頭文件分層渲染，提供合成用的圖層和通道。配音配樂由劇本設計需要，由專業(yè)配音師根據(jù)鏡頭配音，根據(jù)劇情配上合適背景音樂和各種音效剪輯用渲染的各圖層影像，由后期人員合成完整成片，并根據(jù)客戶與監(jiān)制、導演意見剪輯成不同版本，以供不同需要用11。結論三維動