Maya中仿真二足角色骨骼綁定技巧

黃 梅 娟

(安徽工商職業(yè)學(xué)院電子信息系， 合肥 231131)

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Maya中仿真二足角色骨骼綁定技巧

黃 梅 娟

(安徽工商職業(yè)學(xué)院電子信息系， 合肥 231131)

通過分析骨骼綁定的作用、意義及仿真二足角色的特征，剖析了創(chuàng)建骨骼的技巧、骨骼較軸技巧，以及IK與FK在動畫使用過程中的區(qū)別，分析了骨骼控制器的屬性鎖定與隱藏、角色蒙皮的重要性。

三維動畫； 二足角色； 骨骼綁定； IK與FK

近幾年來，隨著計算機與圖形圖像技術(shù)的飛速發(fā)展，三維動畫在熒幕上的熱播，很多動畫角色也像電影明星一樣受到了大家的追捧，比如大家熟悉的怪物史萊克、小黃人、功夫熊貓等。這些角色除了造型獨特外，最重要的是他們在影片中的“表演”，而生動的表演源于動畫師的創(chuàng)造力。動畫的精髓除了擬人化的逼真表演外，更需要一些夸張的和超人類的動作表演，比如骨骼拉伸等，這就需要綁定師除了了解人體骨骼結(jié)構(gòu)外，還要滿足導(dǎo)演和動畫師所需要的特殊骨骼設(shè)定。

1 骨骼綁定的作用與意義

骨骼綁定是動畫的核心部分。在三維動畫創(chuàng)作過程中，動畫是作品的靈魂，而骨骼綁定和控制器制作是動畫的核心內(nèi)容。骨骼綁定的好壞直接關(guān)系到動畫效果的表現(xiàn)，從事骨骼綁定的人員叫骨骼綁定師。目前，國內(nèi)高校的影視動畫、動漫制作等專業(yè)的三維課程仍舊以Maya軟件教學(xué)為主。隨著軟件技術(shù)的不斷更新，骨骼綁定技術(shù)也在不斷改進。

能否綁定出一套讓動畫師滿意的骨骼，需要綁定師具備一定的知識儲備及高級技術(shù)，即綁定師除了對骨骼綁定流程熟悉以外，還需要對角色每一個關(guān)節(jié)的活動范圍、骨骼之間的約束、蒙皮方式、權(quán)重范圍等有全面系統(tǒng)的認知[1-5]。綁定師同時起到承上啟下的作用，既要與模型師進行溝通了解角色特征與模型布線，還要與動畫師溝通了解角色的動作設(shè)定與特殊技能等。若要達到更高水平，需要用編程方式去實現(xiàn)。

2 仿真二足角色特征分析

在眾多動畫作品中，卡通角色的擬人化最為常見的方式即以人物模型為依據(jù)進行角色設(shè)定。以《神偷奶爸》中的小黃人為例，雖然角色的眼睛有單只或雙只，但是身體結(jié)構(gòu)基本一致，有頭部、身體、手、腳。此外，該角色也有自己獨特的特征：頭部與身體連為一體、手臂纖細、腿腳短小、頭部夸張。

除了分析角色模型結(jié)構(gòu)外，還需要重點了解該角色在整個動畫作品中的位置，同時要十分清楚該角色承擔(dān)的動作類型，尤其是要了解角色要達到的最夸張的動作狀態(tài)。

3 仿真二足角色骨骼綁定及技巧

3.1 創(chuàng)建骨骼及技巧

在拿到已經(jīng)創(chuàng)建并整理好的模型后，首先根據(jù)角色運動的規(guī)律和生理結(jié)構(gòu)，為角色模型創(chuàng)建骨骼。在創(chuàng)建骨骼前，為了創(chuàng)建過程的直觀與高效，把角色模型以“Template”方式顯示。在Maya軟件中，通過菜單“Display->Object Display->Template” 執(zhí)行而實現(xiàn)，或者新建一個顯示層，將角色模型全部加入該層，將該顯示層以“Template”的方式顯示。在實際的應(yīng)用中，多以后者居多，這樣更便于隨時修改模型的顯示方式。

在骨骼創(chuàng)建時，一般以臀位關(guān)節(jié)點為根關(guān)鍵，向上依次為腰部、胸部、頸部、頭部關(guān)節(jié)，向下為腿部、膝蓋、腳踝、腳底板、腳尖等關(guān)節(jié)。以胸部關(guān)節(jié)為根關(guān)節(jié)，左右兩側(cè)依次是肩部、手臂、胳膊肘、手腕、手指等關(guān)節(jié)。左右對稱的骨骼可以通過骨骼鏡像完成另外一邊的骨骼創(chuàng)建，最終形成一個完整的骨骼鏈。

根據(jù)角色的特殊性，增加關(guān)節(jié)點。比如要求角色腰部比較柔軟，則在腰部骨骼點多增加幾個關(guān)節(jié)點。骨骼關(guān)節(jié)點越分散，動作關(guān)節(jié)越僵硬，而骨骼節(jié)點越密集，動作關(guān)節(jié)越柔軟。

3.2 骨骼較軸方式及技巧

在創(chuàng)建骨骼鏈時，需要對骨骼進行實時較軸，使得骨骼軸向一致。目前，主要有2種骨骼較軸方式：XYZ方式和NONE方式。在實際應(yīng)用中較軸方式的選擇應(yīng)根據(jù)骨骼運動的彎曲方向以及世界坐標方向來決定。當2個方向不一致時，選擇XYZ方式；當2個方向一致時，則選擇NONE方式。

3.3 IK與FK

骨骼鏈建立之后，利用動力學(xué)原理進行定位和動畫骨骼。此處的動力學(xué)指的是設(shè)置骨骼的運動，包括2種類型：FK(前向動力學(xué))和IK(反向動力學(xué))。FK能夠直接使角色骨骼產(chǎn)生連鎖反應(yīng)，能對每個關(guān)鍵旋轉(zhuǎn)進行直接設(shè)置，因此能夠?qū)崿F(xiàn)細致的弧度運動。IK是設(shè)置骨骼鏈中關(guān)節(jié)旋轉(zhuǎn)到達的位置和方向，因此能夠?qū)崿F(xiàn)直接目標運動。

在Maya軟件中，為了角色動作的需要，會用不同的系統(tǒng)去實現(xiàn)，以達到更加真實的動畫效果。在實際動畫過程中，可以通過IK系統(tǒng)實現(xiàn)如支撐、牽引、拖拽等動作，使K動畫的過程變得直接且快速；但是一些主動發(fā)力的動作，比如一個人用力打向沙包，類似這樣的動作用FK系統(tǒng)更容易實現(xiàn)動作過程，因為這個過程是一個力傳力的過程，即力由腰部發(fā)出，再到上身轉(zhuǎn)動，聯(lián)動肩部，傳遞到胳膊肘，最后傳達拳頭并發(fā)力打出。在制作這一串聯(lián)動畫時，若只用IK系統(tǒng)很難達到理想的動畫效果，因此在實際的動畫制作過程中，尤其涉及一些復(fù)雜的動作或是一連串的聯(lián)動動作時，動畫師通常會在IK與FK中反復(fù)切換進行K幀。

因此，通常要求在仿真二足角色的手臂和腿部骨骼創(chuàng)建IK，并建立控制器完成IK的極向量約束。為了方便對整個角色的骨骼進行輕松操控，設(shè)置一套曲線控制模式，即采用NURBS曲線控制器驅(qū)動骨骼鏈的運動，使角色骨骼產(chǎn)生一系列的連鎖反應(yīng)，從而實現(xiàn)角色的所有設(shè)定動作。此外，需要創(chuàng)建一個控制器，并創(chuàng)建IKFK切換通道，實現(xiàn)IK與FK的隨機切換。

圖1 手臂骨骼IKFK的區(qū)別

3.4 屬性的鎖定與隱藏

屬性鎖定是指在骨骼綁定后，對控制器中一些不需要或者指定動畫時用不上的屬性進行鎖定并隱藏。在K動畫時被鎖定的屬性就不會被K幀，動畫也就不會受這些屬性的影響。比如，胳膊肘關(guān)節(jié)點在進行動畫時，只能做Y軸方向上的旋轉(zhuǎn)，即只需要保留屬性“rotate Y”，其他屬性就可以進行鎖定并隱藏，以免破壞了運動規(guī)律，影響動畫質(zhì)量。此外，在使用控制器進行骨骼約束時，還需要測算極限量，比如肘關(guān)節(jié)的“rotate Y”屬性在動畫中應(yīng)進行區(qū)域限定，因為人的肘關(guān)節(jié)不可能360°隨意旋轉(zhuǎn)。

3.5 角色蒙皮

在綁定好骨骼、制作好控制器后，角色依然不會動，此時需要把角色模型從“Template”狀態(tài)退出，將模型激活，選擇骨架的根關(guān)節(jié)，然后再選擇角色模型進行蒙皮。蒙皮的目的就是為了實現(xiàn)骨骼驅(qū)動。因此，在蒙皮過程中，要注意關(guān)節(jié)的影響數(shù)。在人物角色綁定時，一般選擇參數(shù)“2”，即應(yīng)關(guān)注前后關(guān)節(jié)的影響。自動蒙皮后，至關(guān)重要的一步就是刷權(quán)重，即要給予每個關(guān)節(jié)所驅(qū)動的皮膚具有最合適的權(quán)重值，最終使肌肉運動符合運動規(guī)律，避免“肌肉穿插”等現(xiàn)象。

4 結(jié) 語

為了更好更靈活地制作動畫，在骨骼綁定時應(yīng)時刻遵循動畫運動規(guī)律。采用以人體骨骼結(jié)構(gòu)與運動規(guī)律為依據(jù)的二足仿真角色綁定進行骨骼架設(shè)，可以實現(xiàn)變形、拉伸等特殊動作，最終使作品中動畫角色的表演符合觀眾的審美需求。

[1] 盧景峰.Maya角色動畫中IK-FK無縫切換的技術(shù)探討[J].電腦知識與技術(shù)，2014(11)：2631-2633.

[2] 陳路石.Maya動畫技術(shù)精粹[M].北京：清華大學(xué)出版社，2012:19-20．

[3] 楊桂民.Maya角色動畫規(guī)律及設(shè)定基礎(chǔ)教程[M].北京：人民郵電出版社，2010:98-102.

[4] 郭法寶.Maya角色骨骼綁定的研究[J].藝術(shù)科技，2013(11):54.

[5] 周小淦.高等院校中Maya手動綁定教學(xué)方法討論[J].信息與電腦，2014(7):232-233.

Bone Binding Skills of Simulation for Biped Character in Maya Software

HUANGMeijuan

(Department of Electronic Information, Anhui Business Vocational College, Hefei 231131, China)

By analysis of the function and significance of skeleton binding, and the characteristics of biped character, this paper introduces the technique of creating bone and skills of the axis of the skeleton. Furthermore, the difference between IK and FK in the use of animation is clarified, and property lock and hide and the importance of the role of the skin are also analyzed.

3D animation; two-legged character; skeleton binding; IK and FK

2015-12-27

安徽省質(zhì)量工程項目(省教育廳)“安徽省省級精品視頻公開課程《maya建模、動畫與特效》”(2013GKK021)；安徽省質(zhì)量工程項目(省教育廳)，“安徽省省級特色專業(yè) —— 動漫設(shè)計與制作”(2011177)；院長青年基金項目(安徽工商職業(yè)學(xué)院)“高職動漫專業(yè)課程體系改革”(2012年)；2015年安徽省省級特色專業(yè) —— 計算機多媒體技術(shù)(2015TSZY089)；2016年安徽省自然科學(xué)研究項目(KJ2016B003)

黃梅娟(1982 — )，女，碩士，講師，研究方向為動漫設(shè)計與制作。

TP391.414

A

1673-1980(2016)05-0094-02