淺談三維動畫中的柔性布料

（三亞學(xué)院 傳媒與文化產(chǎn)業(yè)學(xué)院,海南三亞 572000）

一、創(chuàng)建角色模型

中國傳統(tǒng)服飾擁有太多的樣式，而大略看來，區(qū)別于國外服飾和現(xiàn)代服飾最主要的特點是中國傳統(tǒng)服飾的柔性。在中國古代，輕工業(yè)是很發(fā)達(dá)的，著名的絲綢之路代表著中國人對于面料制作的技藝精深和使用柔性布料來表達(dá)飄逸之美的執(zhí)著。在想到國外傳統(tǒng)服飾的時候，印象較深是束腰對于身體曲線的展示，西裝和燕尾服對于男性身姿挺拔的輔助，而中國傳統(tǒng)服飾則重視飄逸大方的感覺，中國人自古以來就崇尚自然、靈動、淡泊如水，神話中的仙人形象大多騰云駕霧和絲帶飄揚，文化瑰寶敦煌石窟中的飛天仕女圖美輪美奐，而飄逸的漢服在整個人力服裝史上都有著重要地位，特別是最近幾年，我們在大街上又經(jīng)常能看到身著漢服的少女，可見這種柔性美確實中國服飾的典型特點。那么在制作三維動畫時，如果設(shè)定的是一個中國古代人物，合情合理的、美麗大方的傳統(tǒng)服飾就是一個重要輔助，起到畫龍點睛的效果，但帶來的也將是非常大的設(shè)置工作，如果只是通過動畫的關(guān)鍵幀來實現(xiàn)，就會帶來難以承受的工作量，也難有充分的真實和足夠的美感，這時候富有規(guī)律的骨骼設(shè)定和簡易高效的布料解算方法就會使我們的動畫制作工作大大簡化。

（一）模型創(chuàng)建

在不同的行業(yè)中，角色模型有不同的創(chuàng)建方式，大體上有兩類，一類是使用三維軟件來從無到有的創(chuàng)造，一類是使用掃描設(shè)備，借用現(xiàn)實中形象來模擬生成前者多應(yīng)用于游戲和純動畫電影，后者則在普通電影和其他產(chǎn)業(yè)中廣泛應(yīng)用。本次我們將使用第一類中的多邊形建模模塊，利用其直觀性，有效控制模型的面數(shù)，整個建模過程就好像是一個繪畫過程。三維建模分為生物角色建模和場景建模，而生物建模又分為人物角色建模和動物角色建模。任何的生物角色建模都必須對其生理結(jié)構(gòu)、骨骼結(jié)構(gòu)、肌肉形體和運動規(guī)律有深入的了解，這是角色建模的基礎(chǔ)。

基于以上特點，我們使用“整體法”建模，即通過多邊形建模將模型從整體到局部細(xì)化的方法，這有點像制作一個項目計劃，先設(shè)定總體目標(biāo)，再逐步分解，通過對各個細(xì)分環(huán)節(jié)的調(diào)整，來達(dá)到設(shè)定目標(biāo)。人物角色的模型是由人物的肢干、關(guān)節(jié)、肌肉和服飾貼合部分、連接部分、擺動部分共同組成，這些環(huán)節(jié)都應(yīng)該具備獨立調(diào)整的能力，簡而言之，動畫表現(xiàn)能否細(xì)膩，其中一個關(guān)鍵因素就是建模的精細(xì)程度，當(dāng)然也不是越零散、越復(fù)雜越好，關(guān)鍵還是要滿足運動規(guī)律。

（二）材質(zhì)貼圖

材質(zhì)貼圖是三維動畫中給角色賦予肌理、顏色、光澤與透明度的程序總稱。材質(zhì)貼圖主要是改變建模表面的物質(zhì)形態(tài)、設(shè)定不同物體的機(jī)理、顏色，達(dá)到自然平和的效果，分為2D和3D紋理。

在開始材質(zhì)貼圖工作之前，先對3D Max軟件做個小小的設(shè)置，為了在制作人員繪制貼圖的時候，方便觀察貼圖的效果，先將3D Max內(nèi)部的光照取消掉，單擊快捷鍵“8”，打開了環(huán)境設(shè)置框，接著將Global Linghting下的Tint和Ambient的黑白色對調(diào)一下，另外，如果有需要，在此界面還可以設(shè)置環(huán)境色。

本次貼圖，我們使用多邊形角色幾何體材質(zhì)貼圖采用UV紋理編輯和布局的方法，具體的步驟依次為參數(shù)設(shè)置、投射、剪輯、縫合、展開和組織UV等，其間還偶爾使用了混合、重疊、排列及凸凹貼圖等技巧。為了節(jié)省空間和時間，盡量地放大UV，這就需要把每個零部件的UV都完全展平，并在邊界處拉平，這樣就能相對更加合理的利用UV,也能讓之后的貼圖制作工作更加精細(xì)。

（三）骨骼設(shè)定

骨骼設(shè)定是一項專業(yè)性很強(qiáng)的操作，需要操作人員具有豐富的學(xué)科知識，尤其是生物學(xué)方面的，建議動畫師充分了解這些角色中的關(guān)節(jié)將會如何運動，提前設(shè)置好層級關(guān)系，適當(dāng)建立隨動模塊，避免接下來的環(huán)節(jié)增加不必要的工作量。

然后回到本文研究對象-服飾，為了使服飾能夠不是簡單的跟隨人物身體運動，也要進(jìn)行骨骼設(shè)定。服飾的運動是身體運動的結(jié)果，是一種延續(xù)和跟隨，方向一致，但幅度更大，而且很可能是線和面的區(qū)別，也有剛性物體和柔性物體的區(qū)別。比如轉(zhuǎn)身這個動作，人物身體簡單的轉(zhuǎn)個角度即可，但是衣服絲帶不能簡單地像個標(biāo)槍一樣筆直的轉(zhuǎn)個相同角度，絲帶本身要表現(xiàn)出延時效果和帶動效果，起碼應(yīng)該是弧形的，如果再精細(xì)些，還要考慮風(fēng)力和重力等。

骨骼設(shè)定是一項相對認(rèn)真需要反復(fù)測試和檢查的工作，很多時候是不需要夸張表現(xiàn)的，比如關(guān)節(jié)的可彎曲角度是特定方向的，肌肉和骨骼的連接關(guān)系是固定的，肱二頭肌只能控制上臂不能控制小臂，再有一個特別需要重視的點就是“左右對稱”，理論上隨著軟件編寫的日趨完善，有諸如“鏡像”等快捷操作，但要注意源區(qū)域選定是否合理。

（四）角色蒙皮

在骨骼設(shè)定完成后，就需要將骨骼和模型聯(lián)系成一個整體，這個操作過程就是角色蒙皮，具體來說，就是設(shè)定和分配皮膚權(quán)重到不同的骨骼關(guān)節(jié)，這樣隨著骨骼的運動就能帶動皮膚一起動作，繼而使得角色形成動畫，動畫師通過操作骨骼來制作動畫，這是點和線的物理運動，是可以精確控制到數(shù)字的，但能否使得角色外觀表現(xiàn)同樣出色，那蒙皮的質(zhì)量高低就至關(guān)重要了，同之前的骨骼設(shè)定一樣，蒙皮也是一項考驗動畫師經(jīng)驗和知識廣度的工作。

蒙皮通常來說不是一項一次性的工作，初步分配好權(quán)重后，耐心的調(diào)整是必不可少的。有經(jīng)驗的動畫師可以通過設(shè)置一些典型動作來觀察到不合理的權(quán)重分配，還會善于使用相關(guān)插件，來檢查或者快速移植權(quán)重分配，以減輕工作負(fù)荷，提高蒙皮質(zhì)量。

二、將布料解算運用到動作設(shè)計中

（一）動作設(shè)置

根據(jù)制作方法，動作設(shè)計可以分為三種方式，分別是關(guān)鍵幀、非線性動畫和動作捕捉，都有一定能的應(yīng)用領(lǐng)域，最普遍的當(dāng)數(shù)在三維軟件中動畫模塊設(shè)置關(guān)鍵幀來設(shè)計動作了。動作設(shè)置的任務(wù)是在一定的時間、空間內(nèi)用角色運動表達(dá)好劇情，加入動畫師的藝術(shù)表達(dá)和想象力，形成高品質(zhì)的動畫效果。關(guān)鍵幀設(shè)置的好處之一是動畫師可以將一段動畫分成幾個顯著階段，提前繪制出各個標(biāo)志性動作的草圖，以盡量避免返工。動畫制作最重要的理論基礎(chǔ)是運動規(guī)律原理，在一連串動作中，絕大多數(shù)寫實角色都應(yīng)該是相當(dāng)或者接近擬實的，出于劇情需要，很少一部分可以采用夸張手法，因此動畫師平日里應(yīng)該善于觀察現(xiàn)實事物，主動揣摩運動規(guī)律，積累素材，這樣在設(shè)計出來的動畫才更合情合理。動作的表現(xiàn)幅度是分為時間和空間的，節(jié)奏的把握是新手動畫師需要練習(xí)和積累的，這有些類似于電影中的快慢鏡頭，可以很好地表現(xiàn)動畫師的設(shè)計目標(biāo)。

前文說過，中國傳統(tǒng)服飾的特點是柔性美，飄逸，并延續(xù)人物肢體的運動，因此在動作設(shè)計中要單獨考慮，避免穿幫，這時候為為了展現(xiàn)中國傳統(tǒng)服飾在三維動畫中的動態(tài)表現(xiàn)，所以我們對綁定好的角色做出各種動作，這些動作的時間不必很長，關(guān)鍵的是能夠使角色的飄帶服飾單獨設(shè)置的骨骼綁定就可以發(fā)揮了，動畫師當(dāng)然可以通過足夠多控制點來模擬真實飄動，但因為服飾是柔體物體，基本每一個點都可能成為波峰波谷，光靠關(guān)鍵幀來一個一個的設(shè)置，這種工作量是無法接受的。為了解決這個問題，軟件開發(fā)商也在努力編寫插件或模塊來減輕動畫師勞動，這其中，布料解算就是運用相對較多的一種方法，優(yōu)勢是操作簡易，劣勢是經(jīng)常穿幫和非?？简炿娔X硬件。

（二）介紹布料解算

從物理模型的角度，動畫又可以分為柔體動畫、剛體動畫和流體動畫。角色服飾是典型的柔體動畫對象，材質(zhì)輕柔，容易在外力作用下產(chǎn)生變形，這里的外力是包含了多種作用力，比如角色肢體的帶動力，風(fēng)力和重力等等，極其復(fù)雜，想要真實模仿現(xiàn)實情況是非常困難的，也沒有必要。服飾在畫面里是角色的輔助，只要能配合角色動作，不顯得突兀，自身基本滿足運動規(guī)律，畫面優(yōu)美且自然即可，但這已經(jīng)不容易了。

布料解算是一種用計算來模擬真實的工具，現(xiàn)在主流三維軟件都或多或少的具備這個功能，動畫師需要首先設(shè)定參數(shù)，比如計算點的數(shù)量和分布，物體之間的碰撞距離，計算點自身的可動距離，計算頻率等等，然后計算機(jī)就會自動生成布料運動。在理論上，只要樣本足夠多，布料解算可以生成很完美的動畫，代價是極高的硬件需求和海量的緩存，因此布料解算的關(guān)鍵工作是控制計算區(qū)域和負(fù)荷，適度即可，再有就是考慮和周圍物體的關(guān)系。

那么現(xiàn)在來看中國傳統(tǒng)服飾的特點，我們可以大體分為幾個部分：1.貼身的或者較硬的服飾，比如帽子、鎧甲、褲子等，這些可以認(rèn)為沒有單獨的運動，直接通過關(guān)鍵幀操作即可，甚至可以和主體綁定在一起運動；2.參數(shù)單一，極易受到其他作用力的影響，并和其他物體碰撞較小的，比如綢帶、輕質(zhì)披風(fēng)需要使用布料解算；3.隨動性強(qiáng)，經(jīng)常和其他物體碰撞，比如水袖和斗篷，可以嘗試關(guān)鍵幀和布料解算相結(jié)合的方式，有骨骼處使用關(guān)鍵幀，骨骼之間使用布料解算。

三、結(jié)論

近些年來，國產(chǎn)三維動畫正在逐步崛起，誕生了諸如《哪吒之魔童降世》《大圣歸來》等票房大賣又品質(zhì)很高的電影，對于三維動畫從業(yè)人員是極大的激勵，這證明了只要我們能講好故事，認(rèn)真制作動畫，就能將國產(chǎn)動畫發(fā)揚光大。那么在這個過程中，深入挖掘中國元素的潛力就是我們必須要做好的事情，而中國傳統(tǒng)服飾也必將愈加引人矚目。

想要在三維動畫中運用好中國傳統(tǒng)服飾，就必須將日新月異的動畫制作技術(shù)和傳統(tǒng)服飾的自身特點相結(jié)合，根據(jù)項目資金和計劃合理安排工作負(fù)荷，不同部位的布料選擇合理的動作制作方法，平時多觀察，工作時候耐心嘗試，逐步積累經(jīng)驗，互相之間積極分享、交流，相信國產(chǎn)三維動畫的水平一定會飛速提高。