基于Maya技術(shù)的24式太極拳三維教學動畫制作探討

張蕾 劉宏亮 蔡安琪

摘 要：24式太極拳作為一種傳統(tǒng)的中醫(yī)養(yǎng)身保健運動，內(nèi)外俱練、神形雙修，深受廣大人民群眾的喜愛。為了方便太極拳課程的教學和學生們的自學，結(jié)合當前流行的三維動畫技術(shù)，進行了太極拳教學動畫視頻的制作探討，利用Maya與中國武術(shù)的結(jié)合，讓學生能夠更自主、更直觀的掌握太極拳各招式要領(lǐng)，同時也極大的豐富了太極拳的教學形式。

關(guān)鍵詞：24式太極拳；Maya；教學動畫；三維

太極始于無極，分兩儀。由兩儀分三才，由三才顯四象，演變八卦。太極拳是中華民族辯證的理論思維與武術(shù)、藝術(shù)、氣功引導術(shù)的完美結(jié)合，是高層次的人體文化。它的運動特點：中正安舒、輕靈圓活、松柔慢勻、開合有序、剛?cè)嵯酀?，動如“行云流水，連綿不斷”這種運動即自然又高雅，可親身體會到音樂的韻律，哲學的內(nèi)涵，美的造型，詩的意境。在高級的享受中，使疾病消失，使身心健康。

《24式太極拳》是南京中醫(yī)藥大學所有學生的公共必修課，由于陳舊的教學方式使學生感到枯燥無味，在24式太極拳教學過程中形成了一些教學死角：學生學習興趣不高，課堂教學過程較單一，技術(shù)動作容易遺忘。因而，筆者探討利用目前流行的三維動畫制作軟件Maya創(chuàng)造一個虛擬老師的角色來教授太極拳，它使得傳統(tǒng)與現(xiàn)代結(jié)合。在教學中，以老師身教為基礎，更豐富的傳遞信息，更方便的指導演示。三維動畫短片運用現(xiàn)代技術(shù)來彌補課堂教學時間短、不能顧及所有學生等不足點，這就是它的價值所在，用技術(shù)來方便人類。同時，這也是一種教學方式的變更和進步，增加了課堂的信息量和視聽的兼顧性，為更多的人學習太極拳提供了很好的途徑。所以，這套三維教學動畫有利于太極拳運動在世界各地的傳播和學習，讓更多的人群來了解這項運動，了解中國文化。

三維技術(shù)是當下炙手可熱的焦點技術(shù)。作為信息技術(shù)的衍生，三維技術(shù)將過去不能體驗到的轉(zhuǎn)變?yōu)楝F(xiàn)實?，F(xiàn)如今，三維模擬仿真度越來越高，也吸引了大批人才向三維技術(shù)方向發(fā)展。隨著時間的推進，計算機硬件技術(shù)也是不斷在提升，三維技術(shù)依靠著強大的硬件支持，在廣闊的平臺上越走越遠、越走越寬，成為時下的一大熱點，而跨學科跨領(lǐng)域合作也是現(xiàn)下需要的，三維技術(shù)與其他方面的結(jié)合更突顯了優(yōu)勢。Maya是Autodesk旗下的著名三維建模和動畫軟件。其在三維動畫的制作上較之其他軟件具有強大的優(yōu)勢，它涵蓋了模型、材質(zhì)、燈光、動畫、特效等動畫制作的一整套流程，其所呈現(xiàn)出的非凡的數(shù)字藝術(shù)效果以及其人性化的友好操作界面設置，為眾多的動畫人所青睞。

筆者根據(jù)24式太極拳的教學特點和教學需求，結(jié)合了maya技術(shù)的制作要求，制定出該動畫視頻的研究路線，如圖1所示。

1 前期概念設計

針對教學動畫的內(nèi)容以及目的，輔助一些需求分析，前期主要進行整體規(guī)劃與設計，并進行角色造型設計、場景設計以及分鏡創(chuàng)作。選用適合教授太極拳的角色的原畫，以及比較平和易于表現(xiàn)太極拳的場景環(huán)境，可以有原畫的參考，也可以自行設計。筆者選用了自行設計場景的想法，而角色是采用了游戲模型的原畫。

分鏡頭設計可參考資料搜集階段找到的真人教學視頻以及相關(guān)教學書籍等，分鏡展示了畫面布局，以及一些可供角色設計、場景設計階段參考的意見，例如角色與場景的比例大小等。由于制作的是教學動畫視頻，在前期設計階段中也需要考慮到后期合成工作。例如，一些語音提示、背景音樂等等。整體設計建立在太極拳教學的基礎上，各個功能環(huán)節(jié)緊扣太極拳知識。

2 項目實現(xiàn)模塊

2.1 建模

建模是動畫制作的基礎，Maya提供的建模方法包括：NURBS建立角色、多邊形建立角色、細分建模和雕刻建模。對于人物角色來說，通常是以人體某點作為根基開始然后向外擴展。項目中采用多邊形建模方式建立人體模型及場景模型，從基本的polygon物體開始，通過擠壓、加線、減線、移動點線面等操作制作出。24式太極拳中的場景模型在采用多邊形建模后的線框圖展示如圖2所示。人物角色模型的布線要比場景模型的布線更為復雜，涉及到更多Move、Extrude等操作，當線的段數(shù)增加后，帶來的視覺效果就是曲線更加平滑，更符合人體的生理曲線。三維人體模型線框圖如圖3所示。

2.2 材質(zhì)與燈光

材質(zhì)擁有很多可視屬性，色彩、紋理、光滑度、透明度、反射率、折射率、發(fā)光度等屬性能夠很大程度上模擬現(xiàn)實環(huán)境中任何材質(zhì)，通過各個屬性的不同組合，形成形形色色的效果。項目中利用插件Unfold3D，對人體模型和場景模型進行UV的分離與整理，將三維模型上的構(gòu)造拆解到二維上鋪平繪制貼圖進入到PhotoShop中繪制貼圖。

貼圖繪制好后，還要通過Maya中的材質(zhì)球節(jié)點將貼圖與模型連接起來。人物角色材質(zhì)大致是帶有高光的，主要為體現(xiàn)人體皮膚的質(zhì)感，因此為角色模型添加一個Blinn材質(zhì)球。人物模型圖如圖4所示。

場景材質(zhì)中的木材、石壁、磚瓦均是不帶高光的，所以為場景模型添加一個Lambert材質(zhì)球。場景外罩一個大的環(huán)境球，并為其添加一個Lambert材質(zhì)，模擬天空的環(huán)境，在場景中部添加一個調(diào)好的水面材質(zhì)，作為水面。另外，材質(zhì)的重要輔助是光，離開光材質(zhì)是無法體現(xiàn)的。燈光照明在動畫制作中是不可缺少的元素，在場景中打上平行光，將磚頭的凹凸紋理、墻壁的凹凸紋理很好的表現(xiàn)出來，水紋效果和透明效果也能看出，亭臺的窗欞還附加了鏤空效果。如圖10所示。場景展示圖如圖5所示。

2.3 骨骼的創(chuàng)建與綁定

要想讓模型“動起來”，在Maya中通過對模型創(chuàng)建骨骼與模型蒙皮來實現(xiàn)。讓模型依附于骨骼，且對各個點賦予權(quán)重，則可以控制模型的活動。通過對人體生理構(gòu)造的研究，確定骨骼的創(chuàng)建與真實人體骨骼系統(tǒng)的關(guān)系，將真實人體骨骼系統(tǒng)簡化得出建立需要的骨骼系統(tǒng)。軀干處主要三塊骨頭支撐，肩處一塊，頸兩塊，頭與下巴兩塊，手臂兩塊，手指按照正常人體結(jié)構(gòu)走，股骨一塊，腿兩塊，腳踝一塊腳掌兩塊。

骨骼創(chuàng)建好后，還需要對骨骼創(chuàng)建控制器以便進行控制，以及需要對模型進行蒙皮。由于人體是有些許拉伸的，所以角色是柔性蒙皮。蒙皮后，就要對模型進行權(quán)重的調(diào)整，通過調(diào)整權(quán)重盡量模擬真實人體運動時模型的形態(tài)。將權(quán)重強度值調(diào)整至適當?shù)某潭龋员憬咏宋飫幼髡故镜臉藴食潭取?/p>

2.4 動畫制作

由于動畫視頻是通過在時間軸上不斷改變輸出圖像，利用人眼的延時來造成動起來的效果，從而形成“動畫”。于是制作動畫的主要思想是插入關(guān)鍵幀。

在Maya工作區(qū)域中，對時間軸上某一幀的動作進行設置關(guān)鍵幀，并且在連貫動作時通過調(diào)節(jié)動畫曲線使動作更加流暢。每個控制器有位移、旋轉(zhuǎn)等屬性，在動畫曲線編輯器里與時間結(jié)合即可構(gòu)成相應的曲線。一幀圖像代表了時間節(jié)點中此刻將呈現(xiàn)什么樣的圖像，一秒鐘包含24幀圖像，連續(xù)播放起來就是動畫。動畫制作主要基于分鏡設計。動畫片段其實就是各個動作聚合而成，每個分鏡詳細創(chuàng)作則成為layout故事板。

2.5 渲染

渲染設置主要通過設置圖片大小、圖片幀數(shù)、渲染器選擇、品質(zhì)這幾個參數(shù)。硬件條件決定了渲染速度。渲染之前必須要定位三維場景中的攝像機，透過已設置好的相機，將其中呈現(xiàn)的角色、場景、動畫，在時間軸上各個節(jié)點處形成相應的圖片。這些圖片就是在該相機中的呈現(xiàn)，通過后期合成制作為視頻，以每秒24幀圖片的播放速度動態(tài)呈現(xiàn)。

由于動畫片段由圖片序列構(gòu)成，所以依靠Maya強大的渲染功能渲染成圖片幀，進行后期合成以及進一步操作。渲染過程能夠比較真實的展現(xiàn)在Maya中營造的效果，包括材質(zhì)、燈光構(gòu)成的一些效果，這些細節(jié)能夠在單獨幀中得以體現(xiàn)，并且也能在合成視頻時體現(xiàn)。圖6展示了動畫項目中的某幀渲染后的效果。

2.6 后期合成

后期合成是項目制作的最后一步。將項目工程中渲染出的圖片序列導入進AfterEffects中進行合成。按照每秒24幀的幀速率將圖片序列幀合成為視頻文件。在Composition Settings中選擇相關(guān)設置，另外也可在選取的背景音樂中添加聲音效果，利用Audition將各個聲音素材混縮到一個音軌上，導出成音頻素材，作為視頻的背景音樂。

24式太極拳的三維教學動畫制作是中國傳統(tǒng)保健學、計算機學科及動畫技術(shù)交叉整合的創(chuàng)新應用，運用時下比較熱門的三維動畫技術(shù)將古老傳統(tǒng)醫(yī)學中的養(yǎng)生拳法展現(xiàn)出來。在教學方式上，打破了由一名老師教授多名學生的現(xiàn)狀，使用教學動畫對學生進行較為系統(tǒng)、全面的太極拳教育，通過精美、細膩的三維動畫展現(xiàn)達到現(xiàn)實演示的效果。項目的開發(fā)過程是一個探索和實踐的過程，從對現(xiàn)實生活中的場景將其電子化，從收集資料學習到真正的開發(fā)實戰(zhàn)，無一不提高了我們的創(chuàng)新意識、激發(fā)了創(chuàng)新精神、鍛煉了創(chuàng)造能力，這是一次與時俱進、又傳承經(jīng)典，利用現(xiàn)代流行的信息技術(shù)將傳統(tǒng)文化發(fā)揚光大的研究與應用。

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