三維動(dòng)畫建模技術(shù)的應(yīng)用研究

摘要：計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)技術(shù)即CAD技術(shù)是近幾年來(lái)發(fā)展較快的一個(gè)方向。三維動(dòng)畫技術(shù)也在社會(huì)各行業(yè)、領(lǐng)域、日常生活中發(fā)揮了越來(lái)越重要的作用。從惟妙惟肖的虛擬演員走進(jìn)變化萬(wàn)千的虛擬演播室，從建筑漫游動(dòng)畫的真實(shí)再現(xiàn)到國(guó)產(chǎn)三維動(dòng)畫電影莫比斯環(huán)的全景動(dòng)畫剖析，無(wú)不向人們展示了三維動(dòng)畫技術(shù)的強(qiáng)大功能。因此，三維動(dòng)畫建模技術(shù)的應(yīng)用研究為未來(lái)三維圖形技術(shù)的發(fā)展指明了方向。

關(guān)鍵詞：三維動(dòng)畫 建模技術(shù) 應(yīng)用研究

隨著計(jì)算機(jī)圖像圖形、電子技術(shù)的發(fā)展，以及計(jì)算機(jī)軟硬件性能的飛速提高，生產(chǎn)中的設(shè)計(jì)方法發(fā)生著巨大變化，以前只能靠手工完成的許多設(shè)計(jì)工作，正在逐漸地被計(jì)算機(jī)圖形圖像技術(shù)所取代。其中計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)技術(shù)即CAD技術(shù)是近幾年來(lái)發(fā)展較快的一個(gè)方向。三維動(dòng)畫技術(shù)也在社會(huì)各行業(yè)、領(lǐng)域、日常生活中發(fā)揮了越來(lái)越重要的作用。從惟妙惟肖的虛擬演員走進(jìn)變化萬(wàn)千的虛擬演播室，從建筑漫游動(dòng)畫的真實(shí)再現(xiàn)到國(guó)產(chǎn)三維動(dòng)畫電影莫比斯環(huán)的全景動(dòng)畫剖析，無(wú)不向人們展示了三維動(dòng)畫技術(shù)的強(qiáng)大功能。因此，三維動(dòng)畫建模技術(shù)的應(yīng)用研究為未來(lái)三維圖形技術(shù)的發(fā)展指明了方向。

一、繪畫結(jié)構(gòu)分析與建模技術(shù)的聯(lián)系

良好的繪畫基礎(chǔ)對(duì)三維建模是十分重要的，繪畫中的素描相當(dāng)三維世界中的建模，而繪畫中的色彩和三維世界中的材質(zhì)和燈光聯(lián)系緊密。在三維動(dòng)畫角色建模方面，對(duì)于繪畫結(jié)構(gòu)的準(zhǔn)確把握，是建模準(zhǔn)確與否的關(guān)鍵所在，只有很好地掌握物體的結(jié)構(gòu)特征，特別是對(duì)于人物動(dòng)作時(shí)肌肉的伸縮變化的規(guī)律，才能在動(dòng)畫角色建模中，準(zhǔn)確、真實(shí)地表達(dá)人物的一舉一動(dòng)和音容笑貌，達(dá)到藝術(shù)創(chuàng)作的需要。

建模的過(guò)程開始于結(jié)構(gòu)分析，當(dāng)我們面對(duì)一個(gè)復(fù)合對(duì)象時(shí)，可以先設(shè)想它是有哪些基本幾何體構(gòu)成的，也許我們可以利用軟件所提供的現(xiàn)有的幾何體來(lái)擺出它的大致形狀，細(xì)節(jié)部分可進(jìn)行進(jìn)一步加工。這種思路與繪畫前期的打稿畫出畫面構(gòu)成是差不多的。

素描結(jié)構(gòu)線的走向是我們制作3D模型早期最應(yīng)該注意的東西。然而對(duì)于一個(gè)經(jīng)驗(yàn)豐富的建模師，他不必總是從頭到腳按照這種方法去分析對(duì)象，而會(huì)根據(jù)自己的習(xí)慣以最快的速度涉入細(xì)節(jié)，但是，除了速度的優(yōu)勢(shì)外，這種做法可能很難保證網(wǎng)格布局的合理與整體結(jié)構(gòu)的準(zhǔn)確。這樣，有時(shí)候會(huì)返工，有時(shí)候會(huì)停留在某一個(gè)棘手的環(huán)節(jié)，反而影響了速度。對(duì)于陌生的對(duì)象，不得不重新進(jìn)行結(jié)構(gòu)分析。所以，對(duì)于一個(gè)成功的建模師來(lái)說(shuō)，具備過(guò)人的分析能力和總結(jié)歸納能力是十分關(guān)鍵的。

二、三維軟件與建模技術(shù)分析

在市場(chǎng)上流行與使用的三維軟件很多，在建立幾何模型時(shí)所用的方法也各不相同，如：Lightware的建模方式叫做MetaNURBS。它通過(guò)類似NURBS的線外點(diǎn)控制結(jié)構(gòu)。但它的基本原理還是基于多邊形的，在使用光滑顯示之后，仍然可以看到每個(gè)網(wǎng)格單元的均勻步長(zhǎng)數(shù)量。SoftImage和Maya是采用NURBS建模方法的軟件。Rhlno是后起來(lái)的以NURBS為主的專業(yè)建模軟件，NURBS是Non－Unlform Rational B-Sptine的縮寫，它是一種以數(shù)學(xué)方程式來(lái)定義曲線的方式。3ds Max的幾何建模方法主要有多邊形(PoIygon)建模、非均勻有理B樣條曲線建模(NURBS)，細(xì)分曲面技術(shù)建模(subdivislon Su rface)。因此，針對(duì)如此眾多的三維軟體和建模核心技術(shù)，如何科學(xué)的選擇三維軟件及建模技術(shù)來(lái)表現(xiàn)角色建模中的形態(tài)各異的對(duì)象，如何高效、準(zhǔn)確、合理的運(yùn)用建模技術(shù)是值得研究的內(nèi)容。

三、游戲場(chǎng)景、游戲角色模型合理化建造

游戲場(chǎng)景和游戲角色模型由于受到網(wǎng)絡(luò)速度的限制，在制作過(guò)程中，我們不能一味的去追求絢麗的三維游戲畫面效果，而需要結(jié)合網(wǎng)絡(luò)傳輸速度與模型文件細(xì)節(jié)大小的要求，合理的分配角色的網(wǎng)格數(shù)量，根據(jù)角色在場(chǎng)景中遠(yuǎn)近、主次等關(guān)系，制作出精度不同的三維模型，例如距離游戲玩家較近的游戲角色使用較多的面去表現(xiàn)，反之，距離游戲玩家較遠(yuǎn)的配景角色可使用較精簡(jiǎn)的建模手法去完成，也就是說(shuō)，在游戲玩家電腦硬件速度條件的制約下，力求達(dá)到游戲速度與游戲美學(xué)的統(tǒng)一。

通常我們提到游戲模型的面數(shù)都是指的三角面，而通常在3D軟件中所看到的面數(shù)都是四邊面，一個(gè)四邊面等于兩個(gè)三角面。所以通常的辦法是將模型先用工具轉(zhuǎn)換為全三角結(jié)構(gòu)后再計(jì)算它的面數(shù)。從建模的角度來(lái)看，通過(guò)四邊面來(lái)表現(xiàn)人物結(jié)構(gòu)更加的完美，畢竟在網(wǎng)絡(luò)游戲中，玩家看到的不是Max渲染的效果，而看到的基本上是Max操作界面中即時(shí)得到的效果。因此在某種程度上說(shuō)，邊越多越影響效果的表達(dá)，從角色動(dòng)畫角度上來(lái)看，四邊面更符合人體肌肉走向的表達(dá)，而三角面的表現(xiàn)則容易使人物動(dòng)作時(shí)產(chǎn)生不良的效果。當(dāng)然有些模型為了面數(shù)的節(jié)儉，特別是網(wǎng)絡(luò)游戲中8001~以內(nèi)的模型用三角面來(lái)制作，更便于精確，而8D0以上的模型則四邊面表現(xiàn)更為完美，當(dāng)然也是要盡可能的節(jié)省。

四、建筑漫游動(dòng)畫建模優(yōu)化

建筑漫游動(dòng)畫在國(guó)內(nèi)發(fā)展較好，在三維動(dòng)畫制作軟件3ds max的幫助下，創(chuàng)建一個(gè)動(dòng)畫漫游路徑，并最終生成一段三維建筑漫游的視頻文件。該動(dòng)畫能夠全方位地、直觀地給人們提供有關(guān)城市的各種具有真實(shí)感的場(chǎng)景信息，將產(chǎn)生實(shí)體沙盤模型所達(dá)不到的仿真空間效果。而且虛擬城市的各種模型單體及其位置易于修改，通過(guò)多媒體創(chuàng)作工具對(duì)動(dòng)畫進(jìn)行結(jié)構(gòu)的調(diào)整并加入文字、圖片、解說(shuō)等補(bǔ)充，還可以實(shí)現(xiàn)城市信息的查詢功能。這些都是傳統(tǒng)的方法所無(wú)法比擬的。

對(duì)于龐大的建筑環(huán)境場(chǎng)景模型，如何正確處理人物、樹木、道路、樓房、地面設(shè)施、天空環(huán)境，如何能最優(yōu)化的建立三維模型，也是我們研究的主要內(nèi)容。建筑動(dòng)畫的單體模型建模不同于效果圖建模。用于效果圖制作的模型在外觀上應(yīng)盡可能的詳細(xì)。每個(gè)物體都要建出具體的三維模型，而用于動(dòng)畫中的模型卻要根據(jù)情況來(lái)制作。一般可以按照這樣兩個(gè)標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行模型的制作：在進(jìn)行全景瀏覽、鳥瞰時(shí)，因場(chǎng)景中的模型較多，系統(tǒng)處理速度主要決定于場(chǎng)景中所使用的模型總面數(shù)，此時(shí)應(yīng)盡量使用粗槐在某些具體的建筑物中穿行或進(jìn)入其內(nèi)部時(shí)，由于要表現(xiàn)該建筑的細(xì)節(jié)組成應(yīng)創(chuàng)建相應(yīng)的近景細(xì)模。無(wú)論是近景模型還是遠(yuǎn)景模型都應(yīng)嚴(yán)格按照1：1的比例進(jìn)行制作，它們都需要根據(jù)相關(guān)建筑的詳細(xì)圖紙資料進(jìn)行創(chuàng)建。可以通過(guò)掃描儀將平面圖處理為數(shù)字文件，在3ds max 5.0中將其設(shè)置為Top工作視窗(相當(dāng)于建筑物平面圖)的背景文件，根據(jù)圖紙和尺寸進(jìn)行平面描線在3dsmax 5.0中將其立面圖設(shè)置為FrontT作視窗(相當(dāng)干建筑物前視圖)的背景文件，將平面線型通過(guò)相關(guān)的三維化命令如Extu rde擠壓至正確高度后得到該建筑物的三維模型。