动画装配技术的应用的问题和策略分析

　　在三维动画角色装配工作中，如果没有结构化的流程设计，则整个装配过程是随意的或者是过程不受控制的，难以保持各环节的协调和一致。实践表明，每一个装配环节都会影响装配的实现效果。好的流程可以为每个环节提供一个标准化的组织结构，这些优点最终会体现为装配工作效率的提升和装配系统质量的提高。本文笔者举出了角色和道具类进行具体分析。分为四个主要阶段：动画需求分析，装配，蒙皮绑定，动画测试。每个阶段都为角色和道具要遇到的问题进行分析。同时列举了其中每一个阶段的工作和主要面对的问题并给出相应的解决方法。

　　一、动画需求分析

　　1.1 角色动画需求

　　在实际工作中很多人会把这个工作环节忽略了，盲目地进行装配工作。然而忽视了角色装配工作的根本目的就是为了满足动画师对不同角色运动控制的要求，建立便于动画师应用的控制系统。

　　由于动画角色的多样性，运动变形的复杂性，不同角色具有不同个性及运动特征。这些差异性使动画师对角色装配工作提出了不同的要求。因此进行装配前必须与动画师及导演等进行充分的交流探讨，了解所要装配的角色的性格特点、动作特征、表情特征，以及动画师需要怎么样的动画制作方式等等。角色装配应该因角色的不同而产生区别。动画需求分析是角色装配工作进行的基础。需求分析关键就在于要了解动画师对角色动作的要求和运动特点，对角色要完成的动作特征进行总结。

　　面对正常人体需求，笔者一般把它分为六个部分 A、头 B、躯干 C、胳膊 D、腿 E、手 F、脚(图1-1)

　　按照上类划分根据每个部位的需求进行角色动画的装配设置。

　　图1-1

　　1.2 道具动画需求

　　道具的装配常常是动画工作者容易忽略的。然而，小的细节往往体现片子的亮点，如果能把道具当做角色一样来进行装配，整个动画将富有了活力。曾经看过法国一所著名动画院校的毕业短片《章鱼的爱情》，里面道具车的装配，可以膨胀，收缩，这可以很好的表现动画动作中的预备和缓冲，从而做的如二维动画一样生动。车子的轮胎做的如人的腿一般灵活。车子顿时间像一个生物一样，可以“表演”了。然而有些道具的绑定并不那么简单，他的运动原理涉及到一些物理数学上的知识，必须要用到动画表达式来体现其运动。

　　下面是一个运动的小球，按照二维运动规律它应该是这样的如图(1-2) 图1-2

　　分析上图小球运动，笔者将小球动画需求归类以下几点：1、小球运动 2、小球旋转 3、球体拉伸 4、球体收缩

　　按照需求分析再进行道具的装配设置。

　　二、 装 配

　　2.1 角色装配

　　骨骼装配是角色装配流程中的重点环节，它决定骨骼系统能否运动，运动效果的好坏。骨骼装配是角色装配系统的核心部分。在骨骼装配环节我们主要进行以下几点工作。

　　A.对角色进行功能区划分。无疑会让装配工作更加的有针对性、目的性，更有效率，能以面向对象的方式针对不同的功能部位进行骨骼设置。一般会分为身体和面部两大部分。身体部分包括(头、躯干、胳膊、腿、手、脚);面部则包含(眉毛、眼睛、口型)。

　　B、骨骼建立。骨骼层级描述了角色的结构，骨骼装配按照角色的特点组成一个层级关系。相邻的骨骼通过关节相连，并且可以作相对的运动。通过改变相邻骨骼问的夹角、位移，组成角色的骨骼就可以做出不同的动作，实现不同的动画效果。层级关系的正确建立，是以后我们设置IK控制手柄的根本依据。这里需要注意骨骼搭建的位置是否准确，轴向是否正确统一。骨骼必须严格按照规范命名。骨骼命名非常重要，规范命名可以方便以后骨骼的修改工作，便于数据的管理

　　C、骨骼控制。一般分为FK和IK两种控制手柄，FK基本理解为骨骼的旋转设置;IK为反向动力学，可自动计算出各中间骨骼的位置，相对于FK较方便。但这两种都在特定情况下发挥着作用，所以角色动作一般都在FK和IK之前切换。这当中涉及到IKFK的无缝转换及语言表达式这就用到了下面的表达式和约束控制。

　　D、表达式和约束控制骨骼。当想要更快捷，更方便更有效时，我们用到了约束和表达式来控制骨骼。让他形成一个运动整体。

　　下面是笔者毕业设计的一个角色装配。(图2-1)

　　图2-1

　　根据角色我对其进行了大体的划分和每个部位要遇到的动画要求并对其进行装配。首先是翅膀，我运用了IK spline handle tool 这个设置可对其进行曲线设置通过簇变形来约束曲线点来达到控制骨骼变形，从而能实现“S”运动规律的变形动画。再次是手臂的控制，我对其设置了IK、FK两种设置，并运用表达式进行了二者的无缝转换。在运用IK时我还对其进行了等比例自由伸缩骨骼的控制装配，使其在超过一定范围内能实现等比例的拉长运动，这里分别对三个骨骼进行缩放的约束，并运用了IF语句使手臂骨骼在正常张开范围内不做伸缩设置，大于张开时才可进行伸缩。再次是腰部，同样我对其进行了伸缩的设置，也和翅膀一样进行了IK spline的设置，使腰部更加柔软。最后腿部设置和手臂设置基本一样。最后我还用多个控制器对他进行驱动控制，更加简便明了。如图(2-2) 图2-2

　　2.2道具装配

　　道具的定义相对角色来较广泛，装配设置也是根据实际情况千变万化的，例如车轮胎的运动带到车子运动;飞机的螺旋桨转动;伸缩架的运动等。有些是简单的运用表达式，有些就要如角色一样绑定骨架，甚至还有对道具的表情设置，如《汽车总动员》里的汽车们，不是简单的机械汽车，而是拥有肢体语言的道具。当然这些都是根据动画需要来进行的，包括道具的设计及动作需要。

　　下面笔者列举的是运用表达式和簇来控制的折扇的运动。这种装配并没有用到骨骼和蒙皮，而是用Maya驱动关键帧与表达式，来模拟真实的扇子打开的运动过程。使其能如现实生活中折扇一样有规律的运动。首先笔者先对折扇的运动方式进行分析发现扇的每根骨架都有着驱动关系，因此从制作模型期就把驱动关系确定好。

　　A、 扇面展开夹角为150度，总共创建11 个扇骨。每个扇骨夹角为15 度。

　　B、 从右边起选择第二根扇骨，选择Set driven key则扇骨2成为被驱动对象，再把第一根点击Load driver扇骨1成为驱动者，这样选择两根扇骨的Z轴设置驱动关键帧。分别设置两个扇骨Z轴为0设置关键帧。这样旋转扇骨1时扇骨2就跟着运动了，扇骨2被扇骨1驱动着。以此类推，扇骨2驱动扇骨3等完成扇子右半段的动画。由于扇子是中心对称的，我们完成一半的驱动设置后可以简单的运用表达式来完成左半段的驱动设置。表达式(左边起扇骨的旋转Z轴=-右边起扇骨的旋转Z轴)这样以此类推完成连接。如图(2-3) 图2-3

　　C、 创建折面虚拟体并完成驱动关系如图(2-4) 图2-4

　　D、 最后就是扇面的制作了。使用EP曲线采用吸附点分别吸取扇骨和扇面虚拟体的上部和下面部分的点。然后把每个EP点都采用簇来控制。然后把簇全部分别P给每个物体。最后用曲线放样来创建扇面，完成折扇的转配设置如图(2-5)

　　三、 蒙皮绑定

　　蒙皮是把表面模型附着到骨骼上，并使表面模型在动画制作的过程中能正确变形的过程。蒙皮的质量决定最后表面模型变形结果的妤坏。Maya中提供了平滑蒙皮和刚性蒙皮两种蒙皮方式。在实际的应用中可以针对不同情况综合采用不同的蒙皮方式，以取得最好的变形效果和效率。

　　3.1角色蒙皮

　　(1)刚性蒙皮

　　刚性蒙皮的每个表面点仅能被一个骨骼影响。它运算速度快，文件完成量小，但是骨骼旋转部位的皮肤变形效果比较粗糙、僵硬。这一不足可以通过添加变形器形成间接蒙皮的方式来取得平滑的变形效果。

　　(2)平滑蒙皮

　　平滑蒙皮通过使几个骨骼影响相同的表面点而提供平滑的表面变形效果。平滑蒙皮在骨骼关节部位的皮肤变形效果非常自然平滑。表面点的权重值可通过画笔交互式的绘制，操作直观方便。权重值可按照物体中心进行对称复制等极其方便的操作，大大提高蒙皮工作效率。但是平滑蒙皮形成的文件比较大，处理起来会较为缓慢。

　　下面则是上面制作的角色的蒙皮我采用的是平滑蒙皮。使用刷权重的方式来使角色运动起来。

　　四、 动画测试

　　4.1动画要素

　　动画从最初岩洞的多腿的雏形到现在另人绚目的二维与三维, 尽管现在运用科技发展动画的速度很快, 但在做动画的时候应该注意的问题应该从最初的二维原理开始, 而动画在制作的过程是很复杂的, 应该学会避免在做动画时所出现的问题。

　　动画装配就是为了动画，在整个流程之前，必须对动画要素心中有底。对动画动作整个运作过程运用纯熟。这就要对二维传统动画的制作有非常深厚的了解。美国的迪斯尼是一个非常悠久的动画公司，制作出的二维动画片《埃及王子》、《狮子王》等等都是非常优秀的。其中最能反映动画运动要素的，笔者比较喜欢《幻想曲2000》。这部片的节奏、运动规律、时间的掌握等都是很值得去研究和学习的。迪斯尼出品的《动画师生存手册》和《生命的幻想》应该也是每个动画师的学习必备手册。而迪斯尼制作动画也有一套非常值得学习的动画十二要素，分别是：次要动作、跟随和重叠动作、弧形运动、挤压和拉伸、节奏、夸张、立体造型、预备和缓冲、顺序动画和摆姿势、吸引力、演出(布局)。比较重要的还是预备和缓冲。在了解整个动画的运作过程，对角色运动有了解后再进行设置，会事半功倍。

　　4.2动画测试

　　动画角色装配完成后，还要对其进行测试。与动画师主动沟通，对装配进行测试。弥补不足，对需要个性表现的角色，再次加强装配设置。做些基本动作如：走、跑等，再做些符合该角色的个性动作进行测试。反复测试和修改后交由动画师动作。

　　笔者毕业设计《Joker》分别对小丑和魔术师进行了的动画装配设置，通过设置、动画完成了短片制作。《Joker》希望大家提出意见，指出缺点和不足。让我在今后的工作中能够改正。

　　致 谢

　　四年的读书生活在这个季节即将划上一个句号，而于我的人生却只是一个逗号，我将面对又一次征程的开始。感谢四年来悉心培养我们，教育我们，见证我们成长的所有老师。感谢你们手把手的把我们带入神奇的动画世界。感谢指导老师的悉心指导和母校提供的山明水秀的学习环境。

　　感谢学校为本人提供的学习和交流的平台，感谢方建国老师的指导。

　　参考文献

　　[1]Tim 角色动画技术[M]清华大学出版社2000

　　[2]余本庆.三维动画制作与方法比较[M].浙江：浙江大学出版社,2008.8.

　　[3]黄大为.动画中的运动角色[J].新美术，2007，28(4).

　　[4]Tom Meade，Shinsaku Arima著，董梁等译.Maya完全学习手册

　　[M】北京，清华大学出版社，2005

　　[5]Alias[Wavefront公司著.Maya4.5完全手册“角色设定篇”[M】

　　北京：中国青年出版社。

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