三維動畫技術(shù)在FPSO解脫拆除及拖航模擬中的應(yīng)用

陳曦 田瑞南 趙佳寧 張奇 周健

（海洋石油工程股份有限公司 天津 300452）

圖1 單點系泊系統(tǒng)概況示意圖

圖2 系統(tǒng)概況動畫模擬效果

隨著三維技術(shù)的提高，三維動畫被應(yīng)用到各個領(lǐng)域。施工動畫作為三維動畫的一個分支，因為其精準(zhǔn)性、真實性和無限可操作性，目前被廣泛應(yīng)用于工程投標(biāo)、匯報和評估等。海洋工程類施工動畫與其它行業(yè)施工動畫相比，又具有施工工藝復(fù)雜，涉及資源眾多，場景較難模擬以及相關(guān)案例少等特點。本文中某泰國灣FPSO解脫拆除施工動畫時長8分半，涉及FPSO解脫、拖航，立管、臍帶纜和錨鏈拆除的全過程，可為相似項目提供施工演示，為后續(xù)相似項目動畫制作提供借鑒。

1 前期準(zhǔn)備

1.1 軟件

1）繪圖軟件AutoCAD，用來查看及處理項目中的相關(guān)圖紙。

2）三維動畫制作軟件3D MAX，用來建模、繪景及動畫制作，是整個動畫制作過程中的核心軟件。

3）后期合成軟件After Effect,用來合成、視頻處理、字幕和配音等。

4）其它輔助軟件或插件，如DreamScape，用來渲染海景。

1.2 人員及組織

1）動畫編導(dǎo)小組

動畫編導(dǎo)小組是根據(jù)施工流程和工藝要求，構(gòu)思整個動畫的表現(xiàn)要素，通常由各專業(yè)施工方案編寫人員和動畫制作小組組長組成。鑒于FPSO解脫拆除的非常規(guī)性，為了保證施工方案的準(zhǔn)確表現(xiàn)，項目組與動畫制作組間的溝通協(xié)調(diào)非常重要。

2）動畫制作小組

動畫小組由美工、模型師、動畫師和合成師組成，大家各司其職并互相配合完成整個動畫的制作。

2 三維動畫制作

2.1 總體策劃

編導(dǎo)小組根據(jù)項目說明書和施工方案，討論并制定出三維動畫策劃書，包括制作動畫的目標(biāo)、完成時間、預(yù)計時長、基本結(jié)構(gòu)和風(fēng)格等。本項目動畫章節(jié)依據(jù)施工內(nèi)容分為八節(jié)，詳見下表。

表1 初步動畫腳本

2.2 細(xì)化動畫腳本并分工

動畫制作小組根據(jù)編導(dǎo)小組編制的三維動畫策劃書，討論表現(xiàn)手法及鏡頭組成，細(xì)化動畫腳本，規(guī)劃好動畫制作各方面的要素。根據(jù)細(xì)化腳本識別出全部工作量，并進(jìn)行任務(wù)分配。在此期間，為了制作過程順利完成，實現(xiàn)動畫小組各成員間的協(xié)同合作，需要提前編寫制作規(guī)范，小組成員必須嚴(yán)格遵守，如建模和繪景的單位尺寸、燈光材質(zhì)要求，命名原則等。

2.3 三維動畫制作

2.3.1 建模

此項目建模工作量巨大，有大型船舶FPSO、DSV、拖輪等，又有水下基盤、中水浮筒、水下機(jī)器人，重力基礎(chǔ)，高壓水切割等設(shè)備?；谝陨咸攸c，我們在實際建模中遵守以下準(zhǔn)則①有AutoCAD文件的設(shè)備優(yōu)先考慮采用CAD文件導(dǎo)入到3DMAX中，使用擠壓、放樣、布爾運算、網(wǎng)絡(luò)細(xì)分等建模的方式進(jìn)行建模；②建模時嚴(yán)格遵守規(guī)范，使用統(tǒng)一的單位，避免場景合并時出現(xiàn)比例不協(xié)調(diào)的問題；③為了使模型更加逼真，材質(zhì)部分大部分采用真實貼圖的形式來表現(xiàn)。

圖3 部分模型展示

2.3.2 場景制作

此項目涉及的場景可以概括為四個：海面、海底、碼頭和海面以上以下同時展示，所以特意選擇景觀插件Dreamscape進(jìn)行繪景。建立Dreamscape sea surface、Dreamscape Sun，通過設(shè)置合適的參數(shù)達(dá)到真實的海面和海底效果。通過設(shè)置3D MAX的Environment and Effects(環(huán)境與特效)控制面板來實現(xiàn)天空和云彩的設(shè)置。

圖4 海面場景展示

圖5 海底場景展示

2.3.3 動畫制作

動畫直接表達(dá)施工方案，是施工動畫的核心。在本項目中通過模型的可見性、位移的變化和旋轉(zhuǎn)等來實現(xiàn)模型的施工動作展示。對于船上的部分動作展示，首先要建立起它與船的父子關(guān)系，以達(dá)到父模型帶動子模型，子模型可單獨動作的效果。在此項目動畫中，在表達(dá)焊接或者切割動畫時，還用到了火效果，通過調(diào)節(jié)相位等制作動畫效果。

圖6 火效果

2.3.4 后期合成

3D MAX所有成果以圖像文件tga格式輸出，在After Effect文件中進(jìn)行后期合成。此種方式可以實現(xiàn)在3D MAX中僅制作動作部分，場景在后期部分合成，以達(dá)到節(jié)約資源、渲染快、修改方便的特點。在本項目動畫中，字母和配音也在After Effect文件中完成。

3 經(jīng)驗及教訓(xùn)

1）動畫的場景一定要等到后期合成時渲染輸出，尤其是對于復(fù)雜的需要計算量很大的場景。比如涉及到海面的場景。

2）對于施工動畫，動畫小組與項目方的溝通十分重要，最好做到每日成果匯報，避免動畫展示內(nèi)容與施工不一致的情況發(fā)生。

3）動畫制作小組需要不斷提高自己的制作水平，多看好的動畫，汲取好的創(chuàng)意，并不斷豐富素材，尤其是各種施工船舶模型，材質(zhì)資源庫等。

4）對于項目方，在移交資料的過程中，多使用照片視頻等，更加直觀的表述項目的意圖。

4 結(jié)語

此項目動畫最終時長8分14秒，基本涵蓋了此項目中所有的施工步驟，并應(yīng)用在匯報和方案審查各個環(huán)節(jié)，達(dá)到了很好的效果。此文論述了此動畫制作流程及要點，可為相關(guān)行業(yè)此類施工動畫的制作提供參考。