芻議Maya角色建模關鍵技術的應用

三維動畫創建的虛擬世界實現了對于虛擬物體及其運動的再現，它利用計算機生成的動畫能達到以假亂真的程度。本文著重研究三維動畫角色設計中應用到的關鍵技術，如角色建模、角色綁定、蒙皮等，并重點講述角色的骨骼綁定，這是動畫制作至關重要的地方，也是比較復雜部分，骨骼綁定的好壞完全牽連到角色運動的自然和流暢。

【關鍵詞】三維動畫 角色設計 建模

在動畫角色設計中，經常首先用到Polygon（多邊形）或NURBS（曲面）等建模方法對角色原型進行設計，隨后再創建骨骼、綁定，最后蒙皮。

1 Polygon建模

最簡單的動畫模型存錢小豬，就是利用Extrude（擠出）工具，這是當物體需要添加新的面時，很多情況下我們都是用Extrude（擠出）這個命令，從原物體的表面通過Extrude（擠出）來創建新的面。

以對小豬建模為例，對擠出的面進行調整，之后繼續對面進行Extrude（擠出）命令擠出小豬的鼻子，對圓柱體側面進行Insert Edge Loop Tool（環形切割工具）命令使其呈現出多個面，再對它的四肢，耳朵以及尾巴部位進行Extrude（擠出）命令，之后在進行Smooth（平滑）操作得到，具體效果見圖1和圖2。

2 NURBS（曲面）建模

NURBS（曲面）建模與Polygon（多邊形）建模不同，NURBS（曲面）建模的過程更像是一個連續的生產線，它需要按照固定的順序來進行合理的制作NURBS是曲線和曲面的一種數學描述，在Maya中進行NURBS建模的方式主要有兩種：其一是在Maya提供的原始物體上使用移動，旋轉和縮放工具對物體上的控制點進行移動，旋轉和縮放等操作，再通過雕刻的方式來創建所需要的模型；第二種方法就是通過形成物體的外輪廓的曲線框架，然后使用NURBS曲面上的工具在曲線形成的構架上生成曲面來完成模型的創建。

有些場景的設計用NURBS來建效率會更好點，如盤子，桌子的靠背，花盆等（見圖3和圖4）。這種建模方式能夠完美的表現出模型的曲面，可以使模型表現出的效果更光滑和準確，滿足高精度建模要求。

3 動畫骨骼的創建

在創建完三維模型之后，接下來的工作就是模型的綁定。在考慮創建的模型所需特征的基礎上，還需考慮角色模型的所需要的運動特征，身體各部分的運動，以及角色的靈活性等。以番茄為例，具體的做法是在番茄模型的正中心單擊創建根關節，然后創建番茄模型四條肢體鏈，肢體鏈是由一個根關節和多個關節鏈組成的，肢體鏈是一種樹狀結構。將四個肢體鏈中的根關節與番茄模型正中的根關節做父子關系，這樣就可以通過番茄模型正中心的根關節來控制它四條肢體鏈的移動了。具體方法是單擊一條肢體鏈中的根關節，按住shift并單擊位于番茄模型中心的總根關節，再按鍵盤上的P鍵，就創建了番茄關節的父子關系。以此反復4次。這樣番茄的骨骼就創建完成了，見圖5。

4 動畫角色的綁定

在角色動畫中的骨骼運動遵循動力學原理中主要有正向動力學（FK）和反向動力學（IK）這兩種類型。下面就以番茄的綁定為例：首先選擇Skeleton＼IK Handle Tool菜單命令創建IK手柄。打開其屬性面板Tool Settings進行IK手柄的屬性設置。在Current solver（當前解算器）選項下有ikSCsolver和ikRPsolver這兩種解算器。ikSCsolver這種解算器會創建一個IK單鏈手柄，可以用來調整骨骼的位置。而ikRPsolver這種解算器會創建一個IK旋轉平面手柄，它具有方向性，可以通過它調節骨骼運動的方向。選擇ikRPsolver這種解算器給番茄進行綁定，這樣可以控制番茄四肢骨骼運動的方向，便于操作，以防番茄在運動時伸展方向發生錯誤。

5 動畫角色的蒙皮

所謂蒙皮就是用蒙皮工具將角色的模型同我們為角色創建的骨骼系統綁定在一起的過程。經過這道工序后，角色的模型就會隨著骨骼運動，通過角色的移動就能制作成動畫了。蒙皮是使番茄的骨骼與皮膚連接的重要部分，決定著最后動畫效果的真實感。以番茄為例，首先選擇番茄的模型，再選擇番茄關節的根關節，在Animation模塊下選擇Skin＼Bind Skin＼Smooth Bind（平滑蒙皮）命令。平滑蒙皮命令是角色蒙皮應用最多的一種蒙皮方式。當番茄骨骼和番茄的模型進行平滑蒙皮之后，番茄的運動將由它骨骼的權重點來進行控制。

這時番茄已經蒙皮成功，但是我們會發現，當我們移動ik時番茄模型不能很好的跟隨骨骼移動，這就需要我們通過修改蒙皮的權重點來達到骨骼對番茄模型的有效控制。選擇番茄模型，執行Skin＼Edit Smooth Skin＼Paint Skin Weights Tool（筆刷權重工具）在彈出的Tool Setting筆刷工具面板中可以選擇番茄模型對應的關節，進行權重的噴刷任務，其中番茄模型白色的部分表示權重的控制權最大，數值為1；番茄模型黑色的部分表示目前皮膚不受當前骨骼的影響，數值為0；而灰色的部分則表示目前皮膚受關節的權重影響在0-1之間。通過顏色的不同，可以清晰的看出角色番茄哪一個骨骼控制模型的哪一個部分的運動。在實際操作中，筆刷在繪制權重時主要運用了下面4種模式：Replace、Add、Scale、Smooth，通過這四種方式的反復使用，可以讓番茄在運動時變形彎曲處更加的光滑，運動起來更加自然；整體的蒙皮效果見圖6。

總之，在三維角色動畫的設計上，除了建模外，在動畫制作上我們更應該注意角色在它各個部位上的邏輯關系，是哪個部位先動，那個部位后動，同時動畫制作的的軌跡、時間、方向也要符合動作的運動規律等。最后就是對色彩的把握，對于一部三維動畫來說色彩的把握是至關重要的，色彩能夠直接影響觀眾的心情，如果把握的好，那么能夠直接把觀眾帶入動畫所營造的氛圍中。

參考文獻

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作者簡介

王世運，海南省定安縣人。現為海南熱帶海洋學院實驗師。主要研究方向為數字媒體開發、網站開發。

作者單位

海南熱帶海洋學院 海南省三亞市 572022