3D建模技術(shù)在三維影視動(dòng)畫制作中的探討

楊素芳

（晉城職業(yè)技術(shù)學(xué)院，山西 晉城 048000）

1 3D建模技術(shù)的應(yīng)用背景

分析三維影視動(dòng)畫制作所運(yùn)用的技術(shù)與3D建模技術(shù)，首先需要研究一下3D建模技術(shù)的應(yīng)用背景。隨著計(jì)算機(jī)科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，人們在日常生活中接觸到的數(shù)字化網(wǎng)絡(luò)信息煩雜，例如，雜志、影視劇、手機(jī)廣告、網(wǎng)絡(luò)互動(dòng)信息、電競或是隨處可見的LED屏等，人們?nèi)粘＝佑|到的圖像信息都是通過計(jì)算機(jī)數(shù)字化技術(shù)制作而來的圖像。

回想人們?nèi)粘Ｉ钪心軌蚪佑|到三維空間視角，其實(shí)也就是2010年之后的事。由于數(shù)字化技術(shù)的不斷發(fā)展，3D在日常生活中的應(yīng)用越發(fā)普遍，影視劇方面也隨處可見3D蹤影。例如，電影院的3D眼鏡與影廳，純粹的三維電影《莫比斯環(huán)》等。在三維影視動(dòng)畫制作方面，更多的影視作品都采用了三維特效技術(shù)進(jìn)行了動(dòng)畫制作。例如，魔幻電影《指環(huán)王》、科幻電影《星球大戰(zhàn)》、動(dòng)畫電影《玩具總動(dòng)員》、《怪物史萊克》等，其中也有較多的純?nèi)S電影。近幾年，3D影廳遍地開花，成為拉動(dòng)電影票房的又一增長利器。而構(gòu)建模型是3D技術(shù)的重心，模型作為三維影視世界的主要角色，承載了大量的信息點(diǎn)與意義，因此，3D建模技術(shù)對于影視作品的特效制作具有相當(dāng)重要的意義。當(dāng)人們留心觀察影視作品中的3D特效時(shí)，如果找不到模型的痕跡，不是說沒有模型，而是恰好說明3D建模技術(shù)取得了成功，因?yàn)槿魏翁匦Ф际墙⒃谀Ｐ椭系腫1]。

2 三維影視動(dòng)畫制作中物體的相關(guān)分類

在進(jìn)行三維影視動(dòng)畫制作時(shí)，建模師首先需要明確建模思路，在對想達(dá)到的最終模型效果進(jìn)行分析后，在腦海中規(guī)劃出建模的過程，以便為后續(xù)的制作打下基礎(chǔ)。當(dāng)從業(yè)人員對于3D技術(shù)與三維動(dòng)畫角色建模操作熟練掌握之后，憑借自身經(jīng)驗(yàn)可以將角色建模的思維過程流程化。例如，操作人員在針對制定的動(dòng)畫角色進(jìn)行建模時(shí)，在對角色的結(jié)構(gòu)進(jìn)行分析之后，再依據(jù)建模經(jīng)驗(yàn)得出結(jié)論，選取適合的建模方法，然后再確定每一部分網(wǎng)格的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，最終完成對三維影視動(dòng)畫角色模型的構(gòu)建。

在三維影視動(dòng)畫制作中，一般可以將物體的相關(guān)分類分成規(guī)則物體、非規(guī)則物體兩種類型，兩者的劃分依據(jù)較為明顯。當(dāng)從業(yè)人員使用3D制作軟件時(shí)，通過呈現(xiàn)出物體的鮮明特征來表現(xiàn)物體的類型，就是對規(guī)則物體的制作。例如，對建筑物、橋、船的呈現(xiàn)等，這些物體都有較為明顯的特征和明確的規(guī)格指標(biāo)，形狀較為固定，能夠“量產(chǎn)”，在行業(yè)內(nèi)可以被稱為復(fù)制克隆。即便是兩個(gè)不同種類但同是規(guī)則物體的模型放在同一畫面中，視覺上也并不會(huì)覺得突兀。而非規(guī)則物體則是指隨意性較強(qiáng)的物體。這些物體并非一成不變，無論是從整體看還是觀察細(xì)節(jié)都有任意變化的情況存在。例如，小動(dòng)物、樹木、湖泊、山峰等，在對于這類物體進(jìn)行制作時(shí)，不能進(jìn)行人為的修改。當(dāng)同一畫面內(nèi)呈現(xiàn)出以上兩類物體時(shí)，對于視覺的沖擊存在較為明顯的差異。規(guī)則的物體可以依照常規(guī)的標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行制作，而非規(guī)則物體則受到諸多因素的影響，如制作者對這類物體的主觀印象與理解、制作經(jīng)驗(yàn)、操作水平等，因此會(huì)出現(xiàn)不同人員制做出的效果存在較大差異的情況。在制作非規(guī)則物體時(shí)較考驗(yàn)操作人員的能力，這也就導(dǎo)致了衡量操作人員的技能標(biāo)準(zhǔn)之一是制作非規(guī)則物體[2]。

3 3D建模技術(shù)與繪畫結(jié)構(gòu)分析的相關(guān)性

在3D的構(gòu)建模型軟件中，通過對物體形態(tài)進(jìn)行數(shù)字化描述能夠還原物體在現(xiàn)實(shí)中的形象。所以，制作人員在進(jìn)行3D建模時(shí)，要先將建模對象進(jìn)行數(shù)據(jù)及結(jié)構(gòu)化分析，再以圖像的形式表現(xiàn)出來。在建模之前，制作者要先根據(jù)物體的平面圖像進(jìn)行大膽的猜想與分析，在判斷平面圖像的立體構(gòu)成形式之后，再通過3D軟件對圖畫中的物體進(jìn)行立體模型構(gòu)建，最后對物體的相關(guān)細(xì)節(jié)進(jìn)行處理與加工，這就像繪畫之前先打稿一樣。因此，在3D建模的初始階段，操作人員需要關(guān)注物體的結(jié)構(gòu)與細(xì)節(jié)，不同的操作人員具有不同的繪制習(xí)慣，但都會(huì)依照先整體后局部的步驟，逐步實(shí)現(xiàn)對細(xì)節(jié)的把握。這樣的方法在后續(xù)的網(wǎng)格整合中可能會(huì)出現(xiàn)與畫面不符的情況，甚至?xí)倒みM(jìn)行再次處理。這時(shí)對于某些不熟悉的物體，操作人員可能需要再次對其進(jìn)行結(jié)構(gòu)分析，并注重對建模過程的還原。制作人員對模型數(shù)據(jù)進(jìn)行記錄與分析，以掌握更加科學(xué)合理的數(shù)據(jù)，增強(qiáng)建模操作的嚴(yán)謹(jǐn)性與科學(xué)性。優(yōu)秀的建模師建模技術(shù)過硬，空間想象能力較強(qiáng)，分析能力與復(fù)盤能力強(qiáng)且細(xì)心認(rèn)真。建模師在繪畫結(jié)構(gòu)分析的過程中，需留心觀察物體及圖像的細(xì)節(jié)才能更精準(zhǔn)地完成建模，構(gòu)建成的模型才能更加自然、生動(dòng)、逼真[3]。

4 制作三維影視動(dòng)畫的3D建模的方法

3D建模同時(shí)也是三維影視動(dòng)畫的制作前提。3D建模技術(shù)隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)的不斷發(fā)展，功能更加豐富，在制作三維動(dòng)畫時(shí)能夠更加貼合不同角色與物體的建模要求。大千世界，無奇不有，人物角色和物體種類豐富、特點(diǎn)各不相同，因此在建模方法的選擇上也存在較大差異。在3D建模之前，建模師首先要分析建模對象的特點(diǎn)與期望達(dá)到的效果，在綜合考慮多種因素之后，選取合適的方法進(jìn)行建模。

三維模型的建模方法大致可以分為細(xì)分建模法、堆砌建模法兩種。

細(xì)分建模法是依照先整體后局部的原則構(gòu)成的建模方法。它首先需要?jiǎng)?chuàng)建物體的整體部分，之后再依據(jù)各類信息對物體的局部及細(xì)節(jié)上做出分析和調(diào)整。而堆砌建模法與之恰恰相反。它主張從局部出發(fā)，最后將多個(gè)局部堆砌為一個(gè)整體。建模師在采用這種方法時(shí)，需先從細(xì)節(jié)處刻畫物體，最后由多個(gè)細(xì)節(jié)構(gòu)成物體的整體形狀。

兩種建模方法適用的情況及物體不同。當(dāng)構(gòu)建非規(guī)則物體的模型時(shí)，更適合采用細(xì)分建模法進(jìn)行建模。建模師會(huì)先勾勒出物體的基本輪廓，之后再根據(jù)相關(guān)信息采用多邊形與網(wǎng)絡(luò)建模方法對物體進(jìn)行細(xì)節(jié)描繪。而在構(gòu)建規(guī)則物體時(shí)，制作者常用方法是堆砌建模法。建模師會(huì)先將物體的整體外觀劃分為幾個(gè)部分，每個(gè)部分都是由最基本的圖形構(gòu)成。在構(gòu)建模型的過程中，建模師將基礎(chǔ)構(gòu)成的零件與細(xì)節(jié)部分進(jìn)行構(gòu)建之后，再將各個(gè)部分堆砌在一起構(gòu)成一個(gè)特定的規(guī)則物體。而堆砌建模法的使用注意事項(xiàng)有：必須在建模之前充分掌握建模對象的整體比例與其所處的三維空間中的具體定點(diǎn)。即便是構(gòu)建規(guī)則物體，如果操作人員不能夠充分掌握規(guī)則物體的特征與內(nèi)部結(jié)構(gòu)或是無法用基本幾何進(jìn)行構(gòu)建，則不適用堆砌建筑法。

5 建模方式的選擇

為了保證制作完成的三維影視動(dòng)畫的真實(shí)性和準(zhǔn)確性，還要預(yù)留出充分的操作空間，在制作三維影視動(dòng)畫時(shí)，建模師應(yīng)從多方思考，謹(jǐn)慎選擇具體的建模方式。

（1）多邊形建模。多邊形（POLYGON）建模一般用于構(gòu)建規(guī)則物體。外觀規(guī)則且不包含曲面的物體建模時(shí)常用該方式。建模師利用多邊形建模制做出的模型，可以根據(jù)環(huán)境空間的需要進(jìn)行改變，只需在模型參數(shù)上進(jìn)行調(diào)整即可。多邊形建模的方式只適用于由直線構(gòu)成的物體，因此常見于三維空間中的建筑模型構(gòu)建，如室內(nèi)環(huán)境設(shè)計(jì)。

（2）NURBS建模。NURBS指非均勻有理B樣條曲線，是英文Non-Uniform Rational B-Splines的首字母縮寫。從另一個(gè)角度進(jìn)行理解，也可以被稱為是計(jì)算機(jī)圖形學(xué)專業(yè)的概念之一。在構(gòu)建模型時(shí)，建模往往適用于構(gòu)建結(jié)構(gòu)較為復(fù)雜，表面較為光滑的物體。NURBS對于細(xì)節(jié)及物體特點(diǎn)的塑造更為真實(shí)，應(yīng)用范圍相比其他方式來說也更廣。NURBS建模由于基本拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)的有限性，在構(gòu)建拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)相對復(fù)雜的物體時(shí)較為困難，比如氣孔較多的物體。由于NURBS建模是由網(wǎng)格狀的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)所構(gòu)成的，所以，如果所構(gòu)建的物體模型分支較多、結(jié)構(gòu)復(fù)雜，因?yàn)殛P(guān)鍵點(diǎn)過多，也會(huì)導(dǎo)致模型的質(zhì)量不過關(guān)。例如，在構(gòu)建汽車模型時(shí)。一般會(huì)使用NURBS建模來創(chuàng)建汽車外觀。

（3）細(xì)分曲面建模。細(xì)分曲面建模技術(shù)繼承了NURBS與Polygon這兩種方式的優(yōu)點(diǎn)，在具體的建模過程中，可控性強(qiáng)，靈活多變，同時(shí)還能夠保證模型的圓滑外觀。細(xì)分曲面建模技術(shù)其實(shí)更適用于曲面，更注重“細(xì)分化”，也就是對所構(gòu)建物體模型的細(xì)節(jié)進(jìn)行精準(zhǔn)把控。從細(xì)分曲面建模技術(shù)的優(yōu)點(diǎn)可以看出，其更適用于對人物部分軀體的模型構(gòu)建。

6 3D建模技術(shù)運(yùn)用于三維影視動(dòng)畫中的實(shí)踐案例

6.1 采用3D建模技術(shù)設(shè)計(jì)與制作三維影視動(dòng)畫角色

在三維影視動(dòng)畫角色的細(xì)節(jié)設(shè)計(jì)與制作方面，3D建模技術(shù)必不可少。例如，在《蒼藍(lán)鋼鐵的琶音》中，片中所出現(xiàn)的人物角色全部都是由設(shè)計(jì)人員依靠手繪設(shè)計(jì)出人物角色的草圖之后，再由建模師對人物草圖進(jìn)行分析與想象，選取適當(dāng)?shù)慕７绞竭M(jìn)行建模。在建模方式的選取上，上文提到對于人物角色，通常會(huì)采用細(xì)分建模技術(shù)，模型創(chuàng)建好后再對其進(jìn)行色彩渲染與后期處理。涉及影視角色的制作，無論是設(shè)計(jì)者還是建模師，都需要具備相應(yīng)的美學(xué)知識(shí)與藝術(shù)水平，才能創(chuàng)造出高質(zhì)量的動(dòng)畫人物角色。創(chuàng)建出特征鮮明的人物角色后，通過技術(shù)支持，相關(guān)人物角色的神態(tài)、動(dòng)作、語言以及與環(huán)境的契合度都達(dá)到了更高水平，有利于提升影視作品的質(zhì)量，給觀眾留下特別深刻的印象。

6.2 三維動(dòng)畫廣告的具體應(yīng)用

由于3D建模技術(shù)的廣泛應(yīng)用，影視行業(yè)不僅限于影視作品，商業(yè)廣告也應(yīng)用了3D建模技術(shù)。三維動(dòng)畫廣告以三維的形式進(jìn)行呈現(xiàn)，能夠傳達(dá)給消費(fèi)者更加直觀、立體、真實(shí)的感受，使產(chǎn)品更容易被大眾認(rèn)知和接受。例如，牛奶廣告，目前推出的舒化奶能夠很好地解決某些消費(fèi)群體乳糖不耐癥，但只通過文案和圖片無法直觀地傳達(dá)給消費(fèi)者這些信息。因此，在動(dòng)畫廣告中對擬人化的乳糖進(jìn)行角色塑造，從乳糖的角度，以三維動(dòng)畫的形式闡釋了乳糖不耐癥的病理并模擬了人體吸收乳糖的全過程，將舒化奶的優(yōu)勢與特色牢固植根于消費(fèi)者心中。從廣告的特征可以看出，通過三維動(dòng)畫形式能夠?qū)a(chǎn)品信息更加直觀地呈現(xiàn)給消費(fèi)者，產(chǎn)品更容易被大眾接受。

6.3 三維場景建模的搭建

在三維影視動(dòng)畫制作中，除了人物及物體的制作，場景的設(shè)計(jì)必不可少，占據(jù)了建模工作量的十之七八。場景是角色所處的三維空間環(huán)境，需要具有較強(qiáng)的可變性。優(yōu)質(zhì)的場景能夠提升三維動(dòng)畫的質(zhì)量與效果。例如，在某些游戲場景設(shè)計(jì)中，可以通過虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)創(chuàng)建虛擬建筑物模型。建模師在建模之前首先需要獲得建筑物的平面圖、航拍圖甚至通過遙感技術(shù)，獲取相關(guān)的數(shù)據(jù)，還可以給建筑物劃分特定區(qū)域進(jìn)行分析與建模，整合建模后再進(jìn)行處理與加工。創(chuàng)建出的模型應(yīng)滿足可視化、全景瀏覽、虛擬漫游等需要。

7 結(jié)束語

3D建模技術(shù)涉及的領(lǐng)域較廣，并且隨著信息網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的發(fā)展，更高水平的建模軟件與方式也會(huì)逐漸被應(yīng)用于三維影視動(dòng)畫的制作中。三維影視動(dòng)畫制作的角色建模不僅需要工作人員具備計(jì)算機(jī)圖形學(xué)的知識(shí)，同樣與虛擬現(xiàn)實(shí)、人工智能等領(lǐng)域具有不可分割的密切聯(lián)系。因此，在三維影視動(dòng)畫領(lǐng)域不斷進(jìn)行角色建模的創(chuàng)新與嘗試十分必要。動(dòng)畫行業(yè)工作者應(yīng)堅(jiān)持角色建模創(chuàng)新，科學(xué)融入3D建模技術(shù)，優(yōu)化角色模型的構(gòu)建，進(jìn)一步提升將3D建模技術(shù)應(yīng)用于三維影視動(dòng)畫制作的效率?！?/p>