三維動(dòng)畫制作中3D建模技術(shù)的探討

馮 楊

（商丘職業(yè)技術(shù)學(xué)院，河南 商丘 476000）

在數(shù)字化普及的今天，我們周圍的事物，如3D電影、游戲、動(dòng)畫、雜志等都與數(shù)字化離不開.雖然計(jì)算機(jī)的發(fā)展經(jīng)歷了很長時(shí)間，但是現(xiàn)實(shí)中的三維圖像幾乎都是近十年的成果.尤其在當(dāng)今的電影業(yè)中，3D扮演了及其重要的角色.

1 三維動(dòng)畫制作中物體的分類

從類型上來分析，三維動(dòng)畫中的基本物體被分為規(guī)則與非規(guī)則物體兩種類型。比如車船、電器、建筑等物體，他們都有準(zhǔn)確的規(guī)格指標(biāo)，這類物體被稱為規(guī)則物體。與之相反的，物體從細(xì)節(jié)層面到整體都沒有規(guī)則可言的被稱為非規(guī)則性物體，例如地貌、山峰、動(dòng)物等.由此可見，規(guī)則物體因?yàn)槠涔潭ǖ囊?guī)格指標(biāo)，在動(dòng)畫制作中可以批量生成，又稱為復(fù)制克隆.

非規(guī)物體因?yàn)槠錄]有規(guī)則可尋，因此在制作非規(guī)則物體的時(shí)候沒有統(tǒng)一的標(biāo)準(zhǔn).它的制作要根據(jù)物體的生動(dòng)水平等因素來約束.不同的作者對(duì)同一事物的判斷不同，因此，非物質(zhì)物體模型的制作根據(jù)作者的經(jīng)驗(yàn)判斷，這是考驗(yàn)制作人能力的重要依據(jù).作者在制作不規(guī)則物體的時(shí)候，首先必須進(jìn)行大量的實(shí)地考察、觀察和研究，將要制作的物體的特點(diǎn)在三維軟件上繪制出來.因此，可見在三維動(dòng)畫的制作過程中作者需要深入了解各種建模技術(shù)才能繪制出逼真的物體.

2 繪畫結(jié)構(gòu)分析及其與3D建模之間的聯(lián)系

3D對(duì)物體進(jìn)行建模的根據(jù)是對(duì)其結(jié)構(gòu)的分析。當(dāng)作者分析一類物體對(duì)象時(shí)，首先應(yīng)該對(duì)物體進(jìn)行展開的設(shè)想，分析整體的物體由那些簡單的物體集合構(gòu)成.分析結(jié)束后，作者需要利用軟件工具將簡單的結(jié)合進(jìn)行繪制，并對(duì)細(xì)節(jié)的內(nèi)容進(jìn)行細(xì)化分工.這種對(duì)結(jié)構(gòu)進(jìn)行逐層分析的方法和繪畫打稿基本類似.在建模過程中應(yīng)該注意對(duì)物體結(jié)構(gòu)的繪制，對(duì)于初學(xué)者和經(jīng)驗(yàn)豐富的建模人員來說，對(duì)同一事物的結(jié)構(gòu)分析過程的流程可能不一樣。經(jīng)驗(yàn)豐富的建模人員會(huì)根據(jù)個(gè)人的建模習(xí)慣直接進(jìn)行細(xì)節(jié)的繪制而不按照先分析后繪制的流程進(jìn)行分析對(duì)象.這樣做很難保證合理的布局，很難抓住對(duì)象的整體結(jié)構(gòu)特點(diǎn).容易事倍功半.因此，在制作中作者必須全面掌握精密的分析能力、歸納總結(jié)能力，能審慎周密的觀察對(duì)象并快速做出準(zhǔn)確判斷，令建模工作簡單化、科學(xué)化.

3 3D建模方法

在制作三維動(dòng)畫的過程中，建立模型是動(dòng)畫和場(chǎng)景的基礎(chǔ).沒有模型的動(dòng)畫，就相當(dāng)于有劇本沒有演員和道具的電影.由此可見，建立模型在制作三維動(dòng)畫的過程中非常重要.在制作三維動(dòng)畫的軟件中3D的建模功能非常強(qiáng)大.不同的動(dòng)畫人物、不同的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)、不同的要求對(duì)建模方式的要求都不一樣.因此，在建模之前，需要先分析物體的特點(diǎn)以及需要什么樣的動(dòng)畫效果，在此基礎(chǔ)上選擇合適的建模方式對(duì)物體進(jìn)行基礎(chǔ)拆分，最終確定各個(gè)部分的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu).

三維動(dòng)畫的建模方式主要是2種：細(xì)分建模法和堆砌建模法.

細(xì)分建模法遵循先整后零的原則.即先創(chuàng)建出需要繪制的物體的整體形狀，再對(duì)細(xì)節(jié)部分進(jìn)行分析雕刻.堆砌建模法顧名思義就是先零后整，先從細(xì)節(jié)分析物體，將細(xì)節(jié)整合在一個(gè)構(gòu)成整體.2種建模方法截然不同，適用于不同的物體.細(xì)分建模法適用于不規(guī)則物體，找出適合物體的基本模型，再通過網(wǎng)絡(luò)和多邊形等圖形對(duì)物體進(jìn)行細(xì)化.

堆砌建模法比較實(shí)用于規(guī)則的物體，首先將物體的整體劃拆分成基本的圖形，在制作過程中先繪制基礎(chǔ)零件，再按要求把他們堆砌起來構(gòu)成一個(gè)整體即一個(gè)完整的物體.在使用堆砌建模法建模的過程中，尤其需要了解要繪制的模型的比例大小和空間的位置.根據(jù)對(duì)物體的特點(diǎn)、結(jié)構(gòu)特征的分析，如果作者不能準(zhǔn)確地抓住事物的特點(diǎn)或找不到合適的基本幾何構(gòu)成，就不能使用堆砌建模法.

4 三維動(dòng)畫制作中3D建模技術(shù)方式

3D建模技術(shù)在三維影視動(dòng)畫制作中的應(yīng)用方式主要分為NURBS建模、多邊形建模、細(xì)分曲線建模等，每類建模方式都有其特征屬性，我們可依據(jù)不同的制作需求合理應(yīng)用［1］45.

4.1 多邊形建模技術(shù)

多邊形建模技術(shù)用于對(duì)規(guī)則形狀的創(chuàng)建以及對(duì)無曲面的對(duì)象的制作.使用多邊形建模技術(shù)可以創(chuàng)建基本集合，在其基礎(chǔ)上根據(jù)不同的要求標(biāo)準(zhǔn)使用修改編輯器對(duì)物體進(jìn)行修改.或者可以在基本集合的基礎(chǔ)上通過放樣、布爾運(yùn)算等技術(shù)進(jìn)行組合構(gòu)成物體對(duì)象.這種建模技術(shù)主要的特點(diǎn)在于操作簡單，但是，對(duì)于復(fù)雜的光滑曲面的處理難道較大.使用多邊形建模技術(shù)制作的物體對(duì)象可以很方便的通過對(duì)建模的參數(shù)的調(diào)整獲得不同分辨率的模型.方便滿足作者對(duì)不同虛擬場(chǎng)景顯示的要求.

4.2 NURBS建模技術(shù)

NURBS建模又稱為非均勻性曲線建模，隸屬于圖形理論中的數(shù)學(xué)概念，是三維動(dòng)畫制作中主要的建模方式之一.適用于各種復(fù)雜的曲面模型、光滑模型.使用NURBS建模技術(shù)創(chuàng)建的模型在細(xì)節(jié)上比較逼真，這點(diǎn)事其他建模技術(shù)不能比的，因此具有比較廣泛的應(yīng)用空間.但是，因?yàn)橹谱鞯哪Ｐ捅容^復(fù)雜，需要用到復(fù)雜的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，為了方便后期的調(diào)整，在建立基本建模單元的時(shí)候就需要應(yīng)用曲面片，這樣就需要增加控制點(diǎn)，隨著控制點(diǎn)的增加導(dǎo)致整體制作難于控制.

4.3 細(xì)分曲面建模技術(shù)

細(xì)分曲面技術(shù)應(yīng)用的時(shí)間并不長，其不僅有效解決了上述NURBS技術(shù)在曲面建立階段面臨的諸多困難，且可應(yīng)用任意多面體進(jìn)行網(wǎng)格控制，而后可自動(dòng)化依據(jù)控制網(wǎng)格生成各類平滑性曲面.由此可見，細(xì)分曲面的建模技術(shù)其網(wǎng)格可包含任意形狀，因而，可較為便捷、容易的構(gòu)造出多重種類的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，并令整體曲面始終保持光滑屬性［2］56.

5 結(jié)語

研究建模的方法、技術(shù)的目的是為了能得到一種方便快捷地制作三維動(dòng)畫的途徑.通過3D軟件可以將不同的三維物體劃分為2種類型，即不規(guī)則物體和規(guī)則物體.這兩類物體都可以通過細(xì)分建模法和堆砌建模法來實(shí)現(xiàn)建模.對(duì)于能拆分成基本幾何形狀的物體使用堆砌建模法，否則需要使用細(xì)分建模法來實(shí)現(xiàn)建模.通過不同類型的搭配使用可以有效地簡化建模過程，節(jié)省建模時(shí)間.多邊形建模技術(shù)主要是用于通過堆砌建模法構(gòu)建物體的模型，細(xì)分曲面建模技術(shù)主要應(yīng)用于細(xì)分建模法構(gòu)建模型.NURBS建模主要應(yīng)用于創(chuàng)建曲面模型和光滑模型.

［1］陳大鋼.神工鬼斧［M］.北京：機(jī)械工業(yè)出版社，2004.

［2］曲曼寧.3D建模技術(shù)在三維影視動(dòng)畫制作中的探討［J］.旅游縱覽，2011（6）.