三維影視動畫中３Ｄ建模技術的探討

[摘要]3D建模技術是三維影視動畫中的關鍵部分，也是影視動畫成功與否的基礎，3D中的物體基本上有兩種：規則物體和不規則物體。建模的過程開始于結構分析，當我們面對一個復合對象時，可以利用軟件所提供的現有的幾何體來擺出它的大致形狀，細節部分可進行進一步加工，這種思路與繪畫前期的打稿畫出畫面構成是差不多的。三維影視動畫中的3D建模方法主要有多邊形建模、非均勻有理B樣條曲線建模，細分曲面技術建模。

[關鍵詞]影視動畫 3D建模技術

1、引言

談3D建模之前，我們先來放眼一下我們時代生活的大環境，如同生活在電影黑客帝國中一樣，沒有什么東西不沾上數字化的痕跡，我們生活的周圍事物，如：報紙雜志、影視光盤、電子游戲、甚至每一個電視廣告，每一張海報招貼都是通過電腦圖像處理加工出來的。雖然計算機圖形經歷了很長時間的發展，但看到大量三維視角的東西還是近十年的事情。在如今的電影中，3D也扮演著越來越重要的地位，國內的IDMT用了4年時間打造的純三維電影《莫比斯環》就是一個成功的例子。影視動畫方面更是如此。越來越多的電影或電影特技都采用三維動畫技術完成。從《星球大戰》和《指環王》中數千個鏡頭的特效制作，到《玩具總動員》、《鼠園流浪記》和《怪物史萊克》純三維電影的誕生，3D的應用已經成為整個影視產業的票房利器，國產電影《英雄》就憑借其優秀的三維特效技術連續兩周北美票房排名第一，這里可以羅列的大片數不勝數。

建模(modeling)在3D中的位置無疑是重要的。模型是材質的載體，是燈光和渲染的對象，是3D世界的主人。但是。建模遠遠不是3D的全部，特別是在電影特技中，某些鏡頭畫面根本看不到模型的痕跡，這對于電影是成功的。說明特效騙過了觀眾的眼睛。作為建模師也沒有必要因此而感到失落，因為它的特效也是建立在正確模型的基礎上的。

2、三維影視動畫中的物體分類

3D中的物體基本上有兩種：規則物體和不規則物體。在3D軟件中。物體的形態可以通過某種形態規則加以描述。在外觀上有明顯特征并能夠精確再現的物體屬于規則物體。比如：建筑、車船、家用電器等等。這些物體在規格上有明確的指標，因此可以批量生產，在3D中稱之為克隆復制。從常理上說，兩個模型一模一樣的規則物體放在一起不會令人奇怪。不規則物體在細節上甚至大形上都具有任意性。山巒地貌、植物動物以及天象的變化。沒有絕對一樣的可能，在作為三維對象制作的時候，通過人為的修改使其有如自然天成的原則是不可能的。

這樣分類有什么實際意義呢?因為二者在動畫模型的制作上差異很大。

規則的物體可以按照標準制作。不同的人完全可以做出相同的結果。制作水平的差異完全在于作者制作時間的長短。不規則的物體沒有唯一的標準，如何做到生動自然依賴于作者對三維物體的理解，依賴制作者的經驗和悟性。所以這個類型的模型的制作特別考驗人的能力。就拿生物建模中最典型的人物建模來說。最基本的要求是解剖學知識，不能在肌肉和骨骼上范基本原則性的錯誤。還要有美學基礎，在人物形態上要比例合適。各部分要有整體感。這些要求本身又是不能量化的，因為它不是規則的物體，所以學習起來就更加困難了。植物比起我們熟悉的人類就更陌生，其規律看似有跡可尋，實則充滿混沌。制作這類題材，還要把大量的觀察研究計算到里面去，這已經不是簡單的3D范疇的工作了。

3、繪畫結構分析與3D建模的聯系

建模的過程開始于結構分析，當我們面對一個復合對象時，可以先設想它是有哪些基本幾何體構成的，也許我們可以利用軟件所提供的現有的幾何體來擺出它的大致形狀，細節部分可進行進一步加工。這種思路與繪畫前期的打稿畫出畫面構成是差不多的。素描結構線的走向是我們制作3D模型早期最應該注意的東西。然而對于一個經驗豐富的建模師。他不必總是從頭到腳按照這種方法去分析對象，而會根據自己的習慣以最快的速度涉入細節，但是，除了速度的優勢外，這種做法可能很難保證網格布局的合理與整體結構的準確。這樣，有時候會返工，有時候會停留在某一個棘手的環節，反而影響了速度。對于陌生的對象，不得不重新進行結構分析。所以，對于一個成功的建模師來說，具備過人的分析能力和總結歸納能力是十分關鍵的。當我們用繪畫一樣去審慎地觀察對象并作出合理的判斷。建模就變成一項簡單而又有樂趣的工作了。

4、三維影視動畫中的3D建模方法

三維影視動畫中的3D建模方法主要有多邊形(POLYGON)建模、非均勻有理B樣條曲線建模(NURBS)，細分曲面技術建模(SubdivisionSurface)。通常建立一個模型可以分別通過幾種方法得到，但有優劣、繁簡之分。

4.1 多邊形(POLYGON)建模

多邊形(POLYGON)建模適于創建形狀規則、無曲面的對象。使用多邊形建模，可先創建基本的幾何體，再根據要求使用編輯修改器調整物體形狀，或通過布爾運算、放樣、曲面片造型組合物體來構建對象，多邊形建模主要優點是簡單、方便快捷，但難以生成光滑的曲面。對于用POLYGON創建好的模型，還可通過調整建模參數以獲得不同分辯率的模型，以適應虛擬場景實時顯示的需要。

4.2 NURBS建模

NURBS是Non－Uniform RationalB-Splines(非均勻有理B樣條曲線)的縮寫，它純粹是計算機圖形學的一個數學概念。NURBS建模技術是最近幾年來三維影視動畫最主要的建模方法之一，特別適合于創建光滑的、復雜的模型，而且在應用的廣泛性和模型的細節逼真性方面具有其它技術無可比擬的優勢。但由于NURBS建模必須使用曲面片作為其基本的建模單元，所以它也有以下局限性：NURBS曲面只有有限的幾種拓撲結構，導致它很難制作拓撲結構很復雜的物體(例如帶空洞的物體)；NURBS曲面片的基本結構是網格狀的，若模型比較復雜，會導致控制點急劇增加而難于控制，NURBS很難構造“帶有分枝的”物體。

4.3 細分曲面技術

細分曲面技術是1998年才引入的三維建模方法，它解決了NURBS技術在建立曲面時面臨的困難，它使用任意多面體作為控制網格。然后自動根據控制網格來生成平滑的曲面。細分曲面技術的網格可以是任意形狀。因而可以很容易地構造出各種拓撲結構，并始終保持整個曲面的光滑性，細分曲面技術的另一個重要特點是“細分”，就是只在物體的局部增加細節，而不必增加整個物體的復雜程度，同時還能維持增加了細節物體的光滑性。