Maya軟件在籃球技術(shù)中的三維動畫制作研究

丁廣鵬

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Maya軟件在籃球技術(shù)中的三維動畫制作研究

丁廣鵬

運(yùn)用文獻(xiàn)資料、軟件工程等方法，將常態(tài)的籃球技術(shù)結(jié)合Maya軟件以三維動畫的形式制作，摒棄傳統(tǒng)的幻燈、錄像等電化式手段。結(jié)論：利用Maya軟件制作關(guān)于籃球技術(shù)的三維動畫，益于在教學(xué)與訓(xùn)練中觀察與模仿，并誘導(dǎo)影響學(xué)習(xí)者的思維方式，實(shí)現(xiàn)掌握籃球技術(shù)過程由“分解”到“整體”、由“形”到“意”，最終推動籃球教學(xué)與訓(xùn)練改革進(jìn)一步朝現(xiàn)代化、科學(xué)化發(fā)展。

Maya；籃球技術(shù)；三維動畫

編號：1007—6891（2016）03—0064—04四川體育科學(xué)2016年（第35卷）第3期SICHUAN SPORTS SCIENCE Vol.35，No.3，2016 DOI：10.13932/j.cnki.sctykx.2016.03.16

2015年第28屆男籃亞錦賽中國隊(duì)重回亞洲巔峰，同時獲得里約奧運(yùn)會入場券資格之后，中國籃球要躋身世界籃球第2集團(tuán)的行列，就必須放棄以主觀和經(jīng)驗(yàn)為主的傳統(tǒng)式教學(xué)與訓(xùn)練方法，需利用引領(lǐng)當(dāng)代的先進(jìn)技術(shù)作為推動籃球發(fā)展的輔助手段。將先進(jìn)的Maya軟件合理地運(yùn)用在與籃球技術(shù)的結(jié)合上，充分顯示三維動畫在籃球領(lǐng)域中的發(fā)展空間和價值。本文以籃球教程的相關(guān)內(nèi)容為參照，旨在建立與完善籃球技術(shù)三維動畫成品的相關(guān)數(shù)據(jù)庫，規(guī)范籃球技術(shù)教學(xué)與訓(xùn)練內(nèi)容，提出以三維動畫模擬的籃球教學(xué)訓(xùn)練法彌補(bǔ)傳統(tǒng)講解與示范法的局限與不足，從而總結(jié)三維動畫技術(shù)在籃球技術(shù)方面的價值，尋求Maya應(yīng)用的突破口。

1　研究對象與方法

1.1研究對象

以《球類運(yùn)動—籃球》（2009年，高等教育出版社）中的籃球場地與設(shè)備規(guī)格、籃球技術(shù)等為研究對象。

1.2研究方法

1.2.1文獻(xiàn)資料法通過在陜西師范大學(xué)圖書館、西安體育學(xué)院圖書館、伊犁師范學(xué)院圖書館共查閱《火星時代》、《Maya教程》等書籍10余本；在中國知網(wǎng)以關(guān)鍵詞“Maya”、“籃球技術(shù)”、“三維動畫”等檢索相關(guān)學(xué)術(shù)期刊20余篇，為本研究提供理論依據(jù)。

1.2.2邏輯分析法三維動畫藝術(shù)輔助設(shè)計(jì)已經(jīng)成為了籃球運(yùn)動的一種普遍的表現(xiàn)形式，本研究通過Maya軟件對籃球技術(shù)的制作進(jìn)行反復(fù)揣摩，尋求籃球技術(shù)三維動畫制作的特點(diǎn)。

1.2.3軟件工程法運(yùn)用Maya2009（32位）軟件。

2　結(jié)果與分析

2.1基于Maya制作的軟硬件配置

2.1.1軟件配置Maya是由1998年Alias、Wavefront公司正式推出了一款專門制作人物角色動畫的三維軟件，目前已發(fā)展到Maya2015版本。本研究使用的Maya2009軟件以（32位）為標(biāo)準(zhǔn)，亦有中文破解版，其強(qiáng)大的三維制作功能，如虛擬人物骨骼建模、紋理表皮材質(zhì)程序、賦予虛擬單純骨骼連接運(yùn)動的能力等。

2.1.2硬件配置三維動畫制作過程對硬件要求較高，Maya2009（32位）軟件運(yùn)行配置：Microsoft Windows XP （Service Pack2或更高的版本）、Vista、Window 7、以及Fedora等平臺之上，CPU處理器intel酷睿i5，CPU頻率3.6GHz，最好為4核以上，工作功率125W，硬盤容量500GB，總線接口PCI Express 3.0，加強(qiáng)對圖像、數(shù)據(jù)的處理能力。

2.2籃球技術(shù)的三維動畫制作過程

2.2.1三維虛擬籃球場館的構(gòu)建根據(jù)高等教育出版社《球類運(yùn)動—籃球（2009）》第20章籃球場地與設(shè)備規(guī)定，場地規(guī)格如下：長（Length）為28000mm、寬（Widht）為15000mm，線條寬度為50mm（所有尺寸均為凈尺寸），任何障礙物包括在球隊(duì)席就座的人員距比賽場地應(yīng)至少2m，這是三維場館建模的基本依據(jù)。

第1步將Mya建模方式改為Polygons多邊形模式，在top視圖中利用Cube工具創(chuàng)建一個比例、大小與室內(nèi)籃球場館規(guī)格（Length：40000mm、Widht：28000mm、Height：7000mm）一致的模型。點(diǎn)擊菜單欄“Edit Mesh”→“Insert Edge Loop Tool”分別確定出門、窗及籃球場標(biāo)準(zhǔn)尺寸的位置與大小，在“Face面級別”下通過工具欄中“Extrude”擠出命令擠出門窗的尺寸厚度及籃球場地的模型。

第2步在籃球場看臺的制作中，創(chuàng)建長、寬、高為5個段數(shù)的模型，按住Shift鍵在“面級別”從下至上逐一Delete被加選過的每個臺階的模型，通過Bridge橋接命令將刪除過的空間封閉。點(diǎn)擊Plane任意創(chuàng)建一個面片，在“邊”級別下“Extrude”擠出一個籃球座椅的靠背造型，利用Bevel命令進(jìn)行切角，使籃球座椅的邊緣從外觀上顯得較為平滑，再使用Tubosmooth光滑功能增加面數(shù)，以面數(shù)的多少來體現(xiàn)模型表面的光滑和精度，最終達(dá)到柔美的效果。

圖1　籃球場館建模

如圖1所示，第3步由于現(xiàn)實(shí)亦或虛擬的籃球場館是由門窗、場地、看臺、座椅等共同組成，需要分別Creat a new Layer創(chuàng)建圖層，來對場景中的物體分層管理。例如，在對“門窗”建模之前，首先應(yīng)當(dāng)點(diǎn)擊“Creat a new Layer”圖標(biāo)，將其命名為Layer1或Layer menchuang，待完成的模型依次用圖層來管理及命名，最終完成三維籃球場館的制作，命名為Layer changguan。

2.2.2籃球運(yùn)動員三維動畫模型的構(gòu)建籃球運(yùn)動員在三維動畫中是根據(jù)生活映像而創(chuàng)建的虛擬角色的人物縮影。一般在maya人物制作中，應(yīng)先從頭部開始起型，再對軀干以及肢體進(jìn)行建模，最后補(bǔ)充著裝（籃球隊(duì)服、籃球鞋）、配飾（護(hù)腕）、道具（籃球）等。

首先點(diǎn)擊圖標(biāo)，在Top視圖中創(chuàng)建一個Box，到“點(diǎn)級別”調(diào)整Box的大體輪廓，要求與頭部大小相似，然后點(diǎn)擊Edit Mesh→Cut Faces Tool，在Box上進(jìn)行切線，分別確定人臉五官的位置與大小，人體是對稱結(jié)構(gòu)，所以在建模中只需要建一半的形體，再利用關(guān)聯(lián)鏡像原理，將另一半完善。

其次五官大體位置確定后，將其作為標(biāo)準(zhǔn)，通過“Extrude”命令擠壓實(shí)現(xiàn)籃球運(yùn)動員脖子與軀干的形體，使用Edit Mesh→Split Polygon Tool加線命令，將線加于肩部、腕部、膝關(guān)節(jié)、踝關(guān)節(jié)等部位，增加有效面，緩沖仿真籃球運(yùn)動員關(guān)節(jié)的僵直、不靈活等弊端。這樣，籃球人物角色的大體輪廓就完成了（如圖2）。

圖2　籃球運(yùn)動員建模

2.2.3虛擬籃球運(yùn)動員的貼圖、燈光貼圖之前的建模均為素模，在此需要對籃球場地及球員進(jìn)行貼圖，以達(dá)到最終真實(shí)感。點(diǎn)擊菜單欄中Polyons多邊形→UV Snapshot輸出工具，彈出一個UV輸出設(shè)置面板，在面板中隊(duì)籃球運(yùn)動員各個身體部位進(jìn)行觀察和繪制，在繪制貼圖的過程中，圖層會比較繁瑣，我們通過分組對圖層進(jìn)行管理，如：繪制Head部貼圖時，可以將整個頭部設(shè)置一個組，這個組中包括了Hair、Face、Ears、Nose等圖層。本研究使用的是手繪板貼圖方式（見圖3），能夠快速、準(zhǔn)確地繪制出虛擬籃球運(yùn)動員各個部位的貼圖，最后將繪制好的貼圖保存為Targa格式。

圖3　籃球運(yùn)動員貼圖

貼圖給予了場景中籃球運(yùn)動員仿真的外形，為突出場景中所有元素有機(jī)的呈現(xiàn)出來，通過燈光實(shí)現(xiàn)真實(shí)的光影效果。首先在籃球場館燈光照明中，需先關(guān)閉maya場景中默認(rèn)的燈光，點(diǎn)擊工具架中的Rendering功能鍵，再點(diǎn)擊Directional Light平行光，來模擬現(xiàn)實(shí)當(dāng)中的太陽光，箭頭所示的方向就為燈光照射的角度，其次快捷鍵Ctrl+A打開平行光設(shè)置面板，將光源放置在采光的位置，燈光的Color顏色調(diào)制為暖黃色，如果局部還需要燈光照明，則用Point Light點(diǎn)光源補(bǔ)光，使畫面的虛實(shí)、對比、層次，物體之間的關(guān)系合理化。

2.2.4三維動畫中籃球技術(shù)的綁定制作人體的運(yùn)動規(guī)律主要是由骨骼帶動肌肉來完成的，現(xiàn)實(shí)中籃球運(yùn)動員每一個基本動作都是由骨骼與骨骼之間相繼聯(lián)動完成的。在maya制作中，骨骼的主要作用是用來控制角色人物的運(yùn)動，模擬真實(shí)的籃球運(yùn)動員技術(shù)動作，繼聯(lián)動完成的。

第1步根據(jù)人體的解剖學(xué)，根關(guān)節(jié)有且只能有一個，是骨骼中層次最高的關(guān)節(jié)，所以從根關(guān)節(jié)即Hip大轉(zhuǎn)子處依次創(chuàng)建并命名：Hip大轉(zhuǎn)子→Knee膝蓋→Ankle腳踝→Foot腳掌→Toe腳趾，同時選擇菜單欄中Skeleton骨骼系統(tǒng)→IK Handle Tool（IK手柄），單擊Hip大轉(zhuǎn)子→Ankle腳踝及Foot腳掌→Toe腳趾，形成兩條關(guān)節(jié)鏈（一系列關(guān)節(jié)及其連接在關(guān)節(jié)上的骨頭的組合）。

單純的骨骼創(chuàng)建并沒有賦予骨骼連接運(yùn)動的能力，這些骨骼之間都是孤立、毫無聯(lián)系的，要想使三維仿真籃球運(yùn)動員的籃球技術(shù)表現(xiàn)出逼真的動感，就需要對骨骼進(jìn)行有序的綁定。然后將創(chuàng)建出的骨骼調(diào)整至關(guān)節(jié)部位，使其依附于正確的位置之上，Maya軟件中基于正向動力學(xué)原理中的“父子關(guān)系”來控制骨骼的運(yùn)動。即一種控制與被控制的關(guān)系，當(dāng)兩個骨骼形成父子關(guān)系后，父物體發(fā)生空間上的變化，子物體也會隨著變化。第2步添加IK手柄，將骨骼中父關(guān)節(jié)的頂端與子關(guān)節(jié)的末端進(jìn)行IK鏈接，此時被鏈接的骨骼只能做一些簡單的、有規(guī)律的運(yùn)動。由于籃球技術(shù)依靠籃球運(yùn)動員某處關(guān)節(jié)參與完成，在maya骨骼的綁定中是利用二維線的運(yùn)動來驅(qū)動和約束骨與骨之間的關(guān)節(jié)。點(diǎn)擊NURBS Circle圓，將二維線創(chuàng)建在關(guān)節(jié)以外，在關(guān)節(jié)參與的技術(shù)動作中，通過關(guān)鍵幀來約束動作的范圍（見圖4、圖5）。如：籃球技術(shù)中的攻守技術(shù)等。

圖4　骨骼連接

圖5　籃球技術(shù)動作綁定

2.2.5籃球技術(shù)三維動畫渲染輸出如圖6所示，當(dāng)籃球場景及籃球運(yùn)動員人物相繼完成后，不能將成品以maya原文件的mb格式展示出來，通常會以靜幀（圖片形式，靜止畫面）或序列幀（動畫形式，AVI視頻）的方式進(jìn)行展現(xiàn)，本研究就是以靜幀的類型渲染輸出的。

點(diǎn)擊 View視圖→Camera Settings攝像機(jī)設(shè)置→Resolution Gate分辨率安全框，在界面內(nèi)出現(xiàn)的綠色實(shí)線框體即為安全框。渲染過程中，安全框只識別它范圍以內(nèi)的任何形體，范圍以外的則無法識別。布置好安全框、架設(shè)好攝像機(jī)，對渲染面板中的參數(shù)調(diào)節(jié)好之后，在Common通用面板中，分別對File name prefix文件名、Image format圖片格式、Renderable Camera攝像機(jī)渲染、Image Size圖片尺寸等設(shè)置，在Maya Software軟件面板中，將Quality品質(zhì)改為Preview quality產(chǎn)品級，點(diǎn)擊Rend the current frame （maya software）渲染按鈕，將出圖的文件保存，進(jìn)行最終的渲染輸出。

圖6　渲染輸出

2.2.6籃球技術(shù)三維動畫的特效處理與格式轉(zhuǎn)換在籃球技術(shù)三維動畫后期的合成階段，包括對渲染輸出的成品背景音樂、相關(guān)技術(shù)文字說明等音視頻信息的添加。選擇運(yùn)用畫面高質(zhì)量的視頻編輯軟件，如PremiereCS3、會聲會影等對素材進(jìn)行特效的處理，如將零散的籃球技術(shù)三維動畫成品有序的合成，對相關(guān)技術(shù)動作關(guān)鍵細(xì)節(jié)進(jìn)行慢動作播放、分屏顯示、背景詮釋特寫、背景音樂添加。剪輯留下具有研究價值的相關(guān)片段，并轉(zhuǎn)換成MPEG、AVI等通用格式，有利于在教學(xué)與訓(xùn)練中提高學(xué)習(xí)者對籃球技術(shù)的高效分析。

3　討　論

籃球技術(shù)的教學(xué)與訓(xùn)練，僅依靠語言描述、動作示范、手工繪圖操演等守舊的手段和方法會給學(xué)習(xí)者的理解帶來一定難度，充分引用先進(jìn)的三維動畫技術(shù)，主要表現(xiàn)在以下幾個方面：

3.1籃球技術(shù)中的三維動畫制作特點(diǎn)

3.1.1全方位觀察籃球技術(shù)的三維動畫過程本身就是從不同的視圖（Top頂視圖、Front前視圖、Side側(cè)視圖、Persp透視圖）進(jìn)行制作的，不同的視圖顯示出不同視覺效果，必要時可以對maya原文件中各個動作的調(diào)整來實(shí)現(xiàn)學(xué)習(xí)者主觀愿望，獲得技術(shù)信息，最后通過播放技術(shù)動作視頻將觀察對象的六個面（前后左右縱深）呈現(xiàn)在觀察者眼前，形成“無死角”“無遮擋”的畫面。

3.1.2籃球技術(shù)動作互補(bǔ)、結(jié)合在高速度、高強(qiáng)度對抗中完成技術(shù)動作，總會有一些“死角”是很難用雙眼捕捉到具體動作細(xì)節(jié)的，利用三維動畫，將籃球運(yùn)動員與運(yùn)動環(huán)境實(shí)現(xiàn)互動，通過虛擬真實(shí)性，對動作進(jìn)行分析、評定，使初學(xué)者的大腦中產(chǎn)生表現(xiàn)力，產(chǎn)生動態(tài)的真實(shí)效果，再通過實(shí)踐的演練，二者穿插進(jìn)行，相互糾正，從而提高掌握籃球技術(shù)的質(zhì)量。

3.1.3增添教學(xué)與訓(xùn)練中的趣味性教學(xué)與訓(xùn)練本身就是一個周而復(fù)始的過程，然而“興趣是最好的老師”，三維動畫的介入，虛擬三維場景不僅吸引了學(xué)習(xí)者的眼球，還有效激發(fā)了觀察者的興趣和積極性，這種以動畫為主的新型模式，形象生動、信息量大，而且克服了傳統(tǒng)教學(xué)中存在的困難，使時間與空間能夠同步，有效的避免了外界不確定因素帶來的種種弊端，給學(xué)習(xí)者一種親和的感覺。

3.2三維動畫制作價值

3.2.1規(guī)范籃球技術(shù)的動作Maya將后期制作出來的籃球運(yùn)動員角色進(jìn)行技術(shù)動作的綁定與調(diào)試，在關(guān)鍵動作中加入關(guān)鍵幀，輸出渲染成品之前，完善一套正確的、規(guī)范的籃球技術(shù)，將正確的技術(shù)動作展現(xiàn)給學(xué)者，最終實(shí)現(xiàn)三維動畫與籃球技術(shù)的完美結(jié)合，對高校的籃球?qū)Ｐ迣W(xué)生或中小學(xué)籃球初學(xué)者規(guī)范其技術(shù)動作。

3.2.2提高教學(xué)與訓(xùn)練效果在籃球技術(shù)中引入三維動畫，可以幫助籃球?qū)W習(xí)者更便捷、牢固的掌握籃球技術(shù)中的基本要領(lǐng)，減少盲目的重復(fù)練習(xí)，從而極大地提高對教學(xué)與訓(xùn)練的效率，降低受傷的可能性，實(shí)現(xiàn)籃球技術(shù)學(xué)習(xí)的最快進(jìn)程。

3.3籃球技術(shù)中三維動畫未來發(fā)展的新趨勢

2015年中國男籃重奪亞洲冠軍，負(fù)責(zé)男籃運(yùn)動員的后勤科研團(tuán)隊(duì)，已經(jīng)根據(jù)三維動畫的形式，分析各運(yùn)動員在訓(xùn)練中的技術(shù)質(zhì)量，通過技術(shù)質(zhì)量的優(yōu)越性測試人體肌肉的疲勞程度，從而制定合理的大小訓(xùn)練周期，此項(xiàng)前沿性技術(shù)與中國隊(duì)奪冠是密不可分的。從現(xiàn)有成果看，三維動畫技術(shù)不僅在籃球、足球等集體對抗性項(xiàng)目中應(yīng)用，在蹦床、體操等表現(xiàn)難美性項(xiàng)目中，也已經(jīng)逐漸重視并廣泛應(yīng)用。以三維動畫與籃球相結(jié)合的現(xiàn)代計(jì)算機(jī)信息技術(shù)，將會進(jìn)入到各個高校籃球教學(xué)與訓(xùn)練的課堂中，同時會涌現(xiàn)出一批既擅長于教學(xué)、訓(xùn)練，又精通于三維動畫制作的復(fù)合型人才。

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In Three-dimensionalAnimation Maya Software In The Basketball Technology Research

DING Guangpeng

Using the method of literature，software engineering.the normal basketball technology combined with the Maya software in the form of the three dimensional animation production，abandon the traditional electrochemical type means such as slide show，video.Conclusion：using Maya software to make 3 d animation about basketball skills，good for observation and imitation in the teaching and training，and induced influence learners'way of thinking，learning basketball technology from“down”to the“whole”，from“form”to the“meaning”and eventually push further towards the modernization，scientific development in the basketball teaching and training.

Maya；Basketball skill；3D animation

G841

A

2016-01-02

2015年伊犁師范學(xué)院科研項(xiàng)目，項(xiàng)目編號：2015YSYB32。

伊犁師范學(xué)院體育學(xué)院，新疆 伊寧，835000。

P.E.School of Yili Normal University，Yining Xinjiang，835000，China.